Ovaj članak bavi se o rotirajućoj masi točkova bicikla. Neki biciklisti misle da ona ima ogroman uticaj na maksimalnu brzinu, ubrzanje i brzinu pri usponu. Kako računica (i moje praktično iskustvo) pokazuje, rotirajuća masa nije previše bitna – barem ne kada je reč o biciklima.
1. Uvod
U članku Da li su uske gume “brže,” spomenuo sam i rotirajuću masu kada sam pričao o težini (masi). Tu sam, bez ulaženja u detalje, postavio link ka odličnom članku na sajtu www.biketechreview.com.
Međutim, u vreme pisanja ovog teksta, taj sajt je pao a članka nema više nigde. Bio sam ga snimio, za svaki slučaj. Odlično je napisan i lepo objašnjava temu, pa ga zato ovde re-objavljujem, prevedenog na naš jezik, kako bih ga sačuvao.
Dakle, ovo nije moj članak, samo mislim da ga vredi sačuvati i podeliti. Preformatirao sam ga kako bi bio lakši za razumevanje (i čitanje sa mobilnog telefona).
2. Performanse točka bicikla
Drug Isak Njutn je objavio svoje zakone kretanja pre oko 350 godina. Tu je elegantno opisao ponašanje mnogih sistema, uključujući i bicikle. Teško je sporiti rezultate tih formula. Moj cilj je iskoristiti Njutnove zakone kako bih demonstrirao koji svi faktori utiču na performanse točkova i utvrdio koliko je koji od njih značajan. Takođe, pokazaću kako se točkovi rangiraju među faktorima od uticaja na performanse u biciklizmu.
Njuton kaže da je sila svih sila koje deluju na sistem (F) jednak masi sistema (m) pomnoženoj sa njegovim ubrzanjem (a), tj:
F = ma
Više kompanija nudi uređaje koji mere snagu na biciklu, kako bismo mogli kvantifikovati svoje performanse. Snaga se definiše kao količina rada u datom vremenskom intervalu i ona je zgodna veličina za ilustraciju i kvantifikovanje uticaja točkova na performanse. Lako možemo “preraditi” Njutnove zakone da uključimo snagu bicikliste kao varijablu. Ovako izgleda izmenjena formula:
- Na otpor vazduha utiču (eng. Drag)
- Biciklista, ram, prednji točak, zadnji točak
- Sila inercije (eng. Inertia)
- Masa bicikla i bicikliste
- Masa prednjeg i zadnjgeg točka kao i njen raspored (inercija točkova)
- Otpor kotrljanju
- Ukupna masa celog sistema
- Širina guma i pritisak u gumama
- Sila gravitacije (eng. Gravity)
- Masa bicikla i bicikliste, kao i prednjeg i zadnjeg točka
- Dodatno (eng. Miscellaneous)
- Gubici prenosnog sklopa (lanac i sl.)
- Uvijanje komponenata
Detalji ove formule su izvan opsega ovog članka, tako da ću vas poštedeti toga (vidite Dodatak A ako vas to zanima). Varijable sa zvezdicom iznad su jedine bitne kada su u pitanju performanse točkova. Postavlja se pitanje, koja je od njih najvažnija?
Očigledan odgovor je da je najvažnije koliko jako biciklista pritiska pedale. Ovo možda nije odgovor koji ste želeli čuti, ali zamena točkova vas neće učiniti sledećim Eddy Merckx-om. Mogla bi, međutim, pomoći malo u sledećoj trci.
Na osnovu modela u Dodatku A, i podataka koje sam prikupio u vožnji (brzina i elevacija), moguće je kvantifikovati efekat koji točkovi prave na prosečnu snagu potrebnu da se završi vožnja/trka. Razmotriću sledeća tri primera staza:
- 6,5 sati solo vožnje sa 1200 metara uspona (31 km/h prosečna brzina od El Cajon, CA, do Mexicali, B.C. Meksiko)
Vidite Dodatak B za više detalja - Sekcija samog uspona iz gore-navedene trenažne rute (slično hronometarskom usponu sa 27 km/h prosečnom brzinom)
Vidite Dodatak C - 11999 Barrio Logan Grand Prix – 50 minuta Pro 1,2 kriterijuma sa 10 m promene elevacije po krugu (45 km/h prosečna brzina – u grupi)
Vidite Dodatak D
Sa ovim modelom, menjao sam masu točkova, njihovu inerciju, i aerodinamiku, nezavisno, kako bih došao do podataka u narednoj tabeli:
Tabela 1
Dakle, šta znače sve ove brojke? Znače sledeće: pri proceni performansi točkova, aerodinamičnost je od najvećeg značaja, a masa je daleko manje bitna. Inercija točkova (tj. “rotirajuća masa”) je u svakom slučaju toliko mala da se može smatrati zanemarivom.
Kako je inercija točka nebitna, kada sve reklame govore da je jako važna? Jednostavno, sila inercije zavisi od ubrzanja. U biciklizmu, maksimalno ubrzanje je oko 0,1 do 0,2 g i to samo pri kretanju iz mesta (vidite podatke za “criterium race” u Dodatku D). Uz to, razlika od 0,3 kg u masi točkova, čak i ako je na spoljnom delu felne, je toliko mala u poređenju sa masom tela bicikliste da su razlike u inerciji točkova neprimetne. Ko god tvrdi da oseća razliku u ubrzanju zahvaljujući lakšim točkovima, to radi usled kognitivne disonance, ili efekta placeba (platili su točkove skupo, pa moraju biti bolji).
Naredna tabela prikazuje koje druge varijable iz formule snage utiču na performanse:
Tabela 2
Vidi se da otpor vazduha bicikliste dominira po pitanju potrošnje snage kod trkačkih bicikala. Uticaj rama i točkova, sabran zajedno, jedva prilazi tome, a zanimljivo je videti kako na potrošnju snage utiče i promena u otporu kotrljanja.
Ugrubo, potrošnja snage prosečnog bicikliste na stazi bez pozitivne neto visinske razlike se može razložiti na 60% otpor vazduha bicikliste, 8% otpor vazduha točkova, 8% otpor vazduha rama, 12% otpor kotrljanja, 0,5% inercija točkova (“rotirajuća masa”), i 8% inercija bicikliste i bicikla. Specifičan primer je hronometarski uspon gde aerodinamičnost bicikla i bicikliste ima gotovo isti uticaj kao i težina – otprilike po oko 35%, dok masa točkova pravi razliku od oko 1%. Što je strmiji uspon, to je značajniji uticaj mase, a manje značajan uticaj otpora vazduha. U svim testovima, nije utvrđen tačan uzrok za oko 3% potrošnje snage.
Gubici u pogonskom sklopu i uvijanje komponenata bicikla spadaju pod tačku “Ostalo” u formuli za snagu. Iako su ovi gubici neznatni u poređenju sa gubicima zbog inercije, lateralna krutost/uvijanje točkova (članak na engleskom) zaslužuje svoje mesto u analizi performansi. Moji kriterijumi su prosti: točkovi treba da ne češu o pakne prilikom sprintanja i uspona dok pedalam stojeći, ako ima 2 mm razmaka između pakni kočnice i felne. Na primer, razmak od 2 mm se dobija kada otvorite quick-release kočnice na savremenim drumskim kočnicama, a one tada i dalje imaju dovoljno jaku silu kočenja (BikeGremlin video o savremenim drumskim kočnicama).
Da sumiramo, na točkove odlazi skoro 10% ukupne snage potrebne za biciklističke trke i dominantan faktor je aerodinamičnost točkova. Masa točka je na drugom mestu (skoro 10 puta manje značajna), a inercija točkova je na trećem mestu (skoro 100 puta manje značajna). Najbolji točkovi u smislu performansi su oni koji su lagani, aerodinamični i ne češu o pakne, a dovoljno su jaki da stignete do cilja. Problem sa ovakvim točkovima visokih performansi je što žrtvuju druge dve stvari ključne pri izboru točkova: dugotrajnost i cenu. Točkovi visokih performansi nisu ni jeftini ni dugotrajni. Ništa nije lako, zar ne?