Сейчас такое время - ну совсем не гоночное - так и тянет немного потеоретизировать под стук капель дождя за окном. Очередной вопрос: выбор покрышек. Серьезный эксперимент, интересные результаты и неожиданный вывод:
Рассмотрим с точки зрения элементарной физики типичную для соревнований по маунтинбайку ситуацию. Пусть спортсмен где-то на трассе соревнований преодолевает какое-то препятствие (острый подъем или крутой разворот), снижающее его скорость вплоть до остановки. Остановка происходит к точке A, откуда начинается короткий ровный горизонтальный участок до точки B, где спортсмен вынужден опять снизить скорость вплоть до остановки из-за следующего по трассе препятствия (сложный спуск или крутой разворот). Такая модель весьма характерна для маунтинбайка (XCO) и коренным образом отличает его от шоссейных гонок, где тормоза используются гораздо реже. Таким образом, движение спортсменов в гонке по модельному участку трассы AB состоит из двух фаз: максимально быстрого разгона и резкой остановки. С остановкой все достаточно просто - тормозные механизмы быстро переводят накопленную в процессе разгона кинетическую энергию в тепло, и можно считать, что райдер в этой фазе отдыхает. Отдыхает от работы, проделанной в ходе интенсивного разгона по ровной горизонтальной поверхности до некоторой максимальной скорости V. Приближенно такую работу велосипедиста можно вычислить как сумму поступательной и вращательной составляющих кинетической энергии. Используя итоговую формулу для вычисления работы по разгону до скорости V, оценим увеличение работы при замене на одном и том же велосипеде легких покрышек весом 500 гр на широкие и тяжелые по 1 кг каждая. Вес велосипеда при этом увеличится в сумме на 1 кг или около 9.5%. Вес райдера примем равным 50 кг. Тогда вращательное слагаемое в формуле для работы за счет более тяжелых колес возрастет аж на 44.3%, а общая работа – на 2.9%. Добавив тот же килограмм к весу велосипеда, мы получим увеличение общей работы только на 1.6%, так как вращательная компонента в этом случае не поменяется. Для велосипедиста весом 70 кг относительное увеличение работы из-за лишнего килограмма в колесах будет чуть меньше - 2.3%.
Таким образом, можно сделать первый вывод: из-за лишнего килограмма на резине и/или ободах на каждом участке трассы, подобном рассматриваемому, тормозами в тепло будут дополнительно переводиться порядка 2-3% затраченной спортсменом энергии. Добавив в формулу работы постоянные слагаемые для учета потенциальной энергии, а также начальных и конечных скоростей, модельный горизонтальный участок AB можно легко превратить в любой реальный, требующий в конце торможения. То есть наша модель хорошо обобщается в абсолютных величинах. Принципиальная разница с шоссейными разделками или подъемами на Альп-д-Юэз заключается в том, что там набранная инерция пренебрежимо редко гасится тормозами, а значит и дополнительная кинетическая энергия вращения более тяжелых колес в тепло практически не переводится. Именно поэтому вопросам веса колес в маунтинбайке уделяется гораздо большее внимание, нежели при сборке разделочных шоссейников.
Вроде бы 2-3% - величина не очень большая, но при этом более чем достаточная для существенного влияния на спортивный результат. И эти дополнительные потери энергии - еще не единственная проблема. Оценивая величину увеличения работы, мы приняли максимальные скорости V на участке AB равными во всех случаях и не задумывались о том, а сможет ли вообще райдер с более тяжелыми покрышками разгоняться так же быстро и набирать ту же скорость, как и на легких колесах. При прочих равных условиях, лишний килограмм на резине и/или ободах приведет к увеличению либо требуемых усилий, либо частоты педаляжа на те же 2-3%. Если говорить о соревнованиях на результат на пределе возможностей, вывод очевиден - спортсмен с лишним килограммом в колесах либо отстанет сразу, либо быстро уйдет в глубокий "анаэроб" и отстанет чуть позже. И даже зафиксированное на травяных лугах снижение сопротивления качению порядка 1.0-1.5% эту ситуацию не изменит коренным образом, что полностью подтверждается реальной практикой маунтинбайка. Да и ездить по траве нам приходится не так уж часто, а на твердых покрытиях эффект часто даже обратный.
Насколько широкую покрышку ставить? Насколько позволяет клиренс вилки и рамы! Вот тут сильно ломаются стереотипы.А так ли это, и надо ли байкерам менять привычные представления в области выбора покрышек? А может и вес теперь не так важен? Попробуем разобраться.
Рассмотрим с точки зрения элементарной физики типичную для соревнований по маунтинбайку ситуацию. Пусть спортсмен где-то на трассе соревнований преодолевает какое-то препятствие (острый подъем или крутой разворот), снижающее его скорость вплоть до остановки. Остановка происходит к точке A, откуда начинается короткий ровный горизонтальный участок до точки B, где спортсмен вынужден опять снизить скорость вплоть до остановки из-за следующего по трассе препятствия (сложный спуск или крутой разворот). Такая модель весьма характерна для маунтинбайка (XCO) и коренным образом отличает его от шоссейных гонок, где тормоза используются гораздо реже. Таким образом, движение спортсменов в гонке по модельному участку трассы AB состоит из двух фаз: максимально быстрого разгона и резкой остановки. С остановкой все достаточно просто - тормозные механизмы быстро переводят накопленную в процессе разгона кинетическую энергию в тепло, и можно считать, что райдер в этой фазе отдыхает. Отдыхает от работы, проделанной в ходе интенсивного разгона по ровной горизонтальной поверхности до некоторой максимальной скорости V. Приближенно такую работу велосипедиста можно вычислить как сумму поступательной и вращательной составляющих кинетической энергии. Используя итоговую формулу для вычисления работы по разгону до скорости V, оценим увеличение работы при замене на одном и том же велосипеде легких покрышек весом 500 гр на широкие и тяжелые по 1 кг каждая. Вес велосипеда при этом увеличится в сумме на 1 кг или около 9.5%. Вес райдера примем равным 50 кг. Тогда вращательное слагаемое в формуле для работы за счет более тяжелых колес возрастет аж на 44.3%, а общая работа – на 2.9%. Добавив тот же килограмм к весу велосипеда, мы получим увеличение общей работы только на 1.6%, так как вращательная компонента в этом случае не поменяется. Для велосипедиста весом 70 кг относительное увеличение работы из-за лишнего килограмма в колесах будет чуть меньше - 2.3%.
Таким образом, можно сделать первый вывод: из-за лишнего килограмма на резине и/или ободах на каждом участке трассы, подобном рассматриваемому, тормозами в тепло будут дополнительно переводиться порядка 2-3% затраченной спортсменом энергии. Добавив в формулу работы постоянные слагаемые для учета потенциальной энергии, а также начальных и конечных скоростей, модельный горизонтальный участок AB можно легко превратить в любой реальный, требующий в конце торможения. То есть наша модель хорошо обобщается в абсолютных величинах. Принципиальная разница с шоссейными разделками или подъемами на Альп-д-Юэз заключается в том, что там набранная инерция пренебрежимо редко гасится тормозами, а значит и дополнительная кинетическая энергия вращения более тяжелых колес в тепло практически не переводится. Именно поэтому вопросам веса колес в маунтинбайке уделяется гораздо большее внимание, нежели при сборке разделочных шоссейников.
Вроде бы 2-3% - величина не очень большая, но при этом более чем достаточная для существенного влияния на спортивный результат. И эти дополнительные потери энергии - еще не единственная проблема. Оценивая величину увеличения работы, мы приняли максимальные скорости V на участке AB равными во всех случаях и не задумывались о том, а сможет ли вообще райдер с более тяжелыми покрышками разгоняться так же быстро и набирать ту же скорость, как и на легких колесах. При прочих равных условиях, лишний килограмм на резине и/или ободах приведет к увеличению либо требуемых усилий, либо частоты педаляжа на те же 2-3%. Если говорить о соревнованиях на результат на пределе возможностей, вывод очевиден - спортсмен с лишним килограммом в колесах либо отстанет сразу, либо быстро уйдет в глубокий "анаэроб" и отстанет чуть позже. И даже зафиксированное на травяных лугах снижение сопротивления качению порядка 1.0-1.5% эту ситуацию не изменит коренным образом, что полностью подтверждается реальной практикой маунтинбайка. Да и ездить по траве нам приходится не так уж часто, а на твердых покрытиях эффект часто даже обратный.
я если посчитать более реалистичную прибавку в 200гр с пары более широких покрышек, а на 1 кг? Значит прирост при разгоне составит не 2,3%, а куда более скромные значения в районе 0,5%?
ОтветитьУдалитьлуга-нелуга, но КК мы едем по сложному грунту с постоянными мелкими препятствиями (корни, камни, гравий, ямы...), получая вертикальные ускорения. Выбор гоночного найнера связан с обретением дополнительных 300-400гр на колесах (обода, покрышки, спицы), что сказывается на разгоне. Но так ли это важно, когда мы получаем больше "воздуха" в покрышках, увеличенное пятно контакта, уменьшенный угол атака на неровность? Как мне кажется, моя статья и дала ответ на вопрос, почему найнер ощущается и едет быстрее 26го байка на жестких трассах!
да, прибавка 200гр с пары покрышек добавит меньше - всего 0.6%
ОтветитьУдалитьсубъективно, на практике, эта самая разница с найнером заметна даже если покрышки на найнер поставить более узкие, чем стоят на 26 велосипеде.
у теории на этот счет есть сразу несколько объяснений, несвязанных никак с шириной покрышек:
- меньшая скорость вращения колес (потери на трение в подшипниках пропорциональны ее квадрату)
- другая геометрия сил при проезде неровностей и препятствий
А если рассмотреть то, что тяжелые колеса "дальше катятся", т.е. при проезде неровностей их позже надо раскручивать так кинетической энергии будет потеряно меньше? Есть два комплекта 29 колес, 1440гр и 2400гр, местами (определенные трассы) возникает ощущение, что на тяжелых быстрее (прешь как танк).
ОтветитьУдалить1. кинетической энергии при проезде неровностей будет ПОТЕРЯНО, грубо говоря, СТОЛЬКО ЖЕ (а на самом деле даже чуть больше, т.к. на более тяжелый объект всегда действуют и большие останавливающие силы)
Удалить2. при этом кинетической энергии ОСТАНЕТСЯ БОЛЬШЕ, т.к. ее больше было изначально (при той же скорости) - именно большая кинетическая энергия и дает описанные ощущения на тяжелых колесах, однако динамика разгона на сложном сингл-треке или в горку при этом будут удручающие