Perché ridurre il peso della bici ha un tale impatto sulle velocità?

Sto cercando di capire la fisica del peso della bici. Ho appena fatto il passaggio da una bici da strada da 11 kg a una da 8 kg (ovviamente ci sono molti più fattori e differenze tra le 2 bici oltre al peso) e ho notato il vantaggio di un peso ridotto. Tuttavia non sono sicuro di capirlo.

Supponiamo ad esempio che il mio peso combinato sia 8 + 75 per un peso totale di 83 kg. La differenza tra questo e 86 kg è minima, ma sembra fare una differenza apparentemente oltre ciò che mi aspetterei.

Supponendo che potrei equalizzare il peso totale trasportando un pacchetto o un pacchetto bidone / sella particolarmente pesante) in modo che il peso combinato possa essere lo stesso, perché la bici più leggera sembra sempre più veloce?

Ho letto qualcosa sulla massa rotazionale, che sembra indicare che non ha nulla a che fare con il peso combinato percepito attraverso la gravità, ma con lo sforzo di sollevamento equivalente delle parti mobili, vale a dire le ruote, e in effetti è il peso delle ruote che è il fattore principale perché devi effettivamente sollevare metà della ruota per produrre lo slancio in avanti. È una sorta di effetto giroscopico per cui più è facile girare la ruota più velocemente vai?

I due principali "trascini" su una bici, su un terreno pianeggiante, sono la resistenza al rotolamento delle gomme e la resistenza al vento della bici e del ciclista.

In generale, fino a un certo punto, uno pneumatico con una pressione più elevata avrà una resistenza al rotolamento inferiore, così come uno pneumatico con un battistrada più liscio. Anche l'ampiezza degli pneumatici si inserisce, ma principalmente in termini di come influenza la pressione e il passo.

La resistenza al vento è influenzata dalla larghezza del pneumatico, dal numero di raggi, dalla dimensione del tubo e dalla posizione del pilota. In generale, con l'aumentare della "corsa" di una bici, la larghezza degli pneumatici e il conteggio dei raggi diminuiscono e la posizione del ciclista diventa più soggetta (e quindi più aerodinamica). Le dimensioni del tubo non tendono a variare molto (e possono effettivamente aumentare man mano che si procede in acciaio-> alluminio-> carbonio), ma quell'effetto è lieve e le sottili differenze nel design del telaio possono essere più significative.

Potrebbero esserci anche cambiamenti ergonomici - ad esempio, la posizione di guida più incline, mentre più faticosa, è spesso leggermente migliore per la potenza di picco.

La qualità dei cuscinetti non è quasi mai presente. Anche i cuscinetti cheapo hanno perdite molto basse e la differenza di resistenza tra loro e i cuscinetti di fascia alta non è probabilmente misurabile. (La differenza più grande è nella durata.)

Il peso della bici entra nell'equazione solo quando si deve "arrampicarsi" (e in misura molto minore per la resistenza al rotolamento), ma ovviamente è raro avere un percorso che non sale o scende dello 0,5% o giù di lì per la maggior parte del tempo . Tale 0,5% aumenta la potenza richiesta per mantenere una velocità costante di circa il 10% in un percorso di livello morto. Ma la differenza di 3 kg tra le due bici di cui sopra equivarrebbe a una differenza di potenza di circa lo 0,4% su quella pendenza dello 0,5%.

Alcuni della fisica sono semplici. Per spostare un oggetto di massa m in salita richiede una quantità di lavoro proporzionale al peso. Questa è la massa per l'accelerazione gravitazionale moltiplicata per lo spostamento W = mgd . Quindi per la bici più pesante richiede più lavoro. Richiede inoltre una potenza media maggiore per sollevarlo nello stesso aumento in un determinato intervallo di tempo.

Ma se nel tuo esperimento con gli stessi pesi ci sono, allora questo effetto fisico non c'è, è solo percezione o un altro fenomeno fisico. Anche questo è limitato all'arrampicata.

L'accelerazione angolare delle ruote è un fattore che accelera. Quando si applica la coppia per aumentare la velocità angolare della ruota, il momento di inerzia è un fattore. Questo è fondamentalmente un resoconto di quanta massa e quanto è lontana dall'asse. Pensa a un pattinatore che gira con le braccia fuori e poi li tira per girare più velocemente. La gravità sulle ruote è una considerazione separata, descritta sopra.

Un altro fenomeno fisico in gioco potrebbe essere la resistenza aerodinamica. Nei modelli più semplici, questo è proporzionale all'area della sezione trasversale, alla velocità al quadrato e al coefficiente di resistenza. Alcuni sostengono che una bici più pesante con migliori prestazioni aerodinamiche sia complessivamente più efficiente. Dato il peso combinato con il ciclista, questo potrebbe essere vero a velocità sufficienti.

Infine, sulla bici più leggera potrebbero esserci una varietà di fattori di adattamento che la rendono più facile e più efficiente per te. Può anche darsi che l'aderenza ti porti in una posizione più aerodinamicamente vantaggiosa. Ma ti sentirai meglio su una bici correttamente montata.

Prova la nuova bici con le vecchie ruote e una borsa carica. Se sembra ancora più veloce, deve essere perché ti sta meglio.

Quanto segue è scienza spazzatura:

Entra in gioco l'attrito dinamico sulle superfici in movimento - ci metterei $ che 8 kg ha componenti di migliore qualità e quindi cuscinetto rispetto alla bici da 11 kg ..... Niente a che vedere con il peso, ma in bicicletta il peso e la qualità sono indissolubilmente legati

Le perdite meccaniche in un propulsore per bici sono minuscole - e quando corri veloce a livello la maggior parte del lavoro è contro la resistenza dell'aria, il che significa che ottieni solo la radice quadrata del guadagno come un cambiamento di velocità. Quindi la differenza tra una bici abbastanza buona e un'eccellente in quest'area sarà qualcosa di simile al sqrt di 1,01 ...

Le gomme sono un altro fattore: sono decisamente più veloce sulla mia bici da strada in fibra di carbonio leggera rispetto alla mia bici da pendolare in acciaio pesante, ma la bici da strada ha pneumatici leggeri da 23 mm a 110 psi, rispetto a pneumatici da 32 mm molto più pesanti (resistenti alle forature) a 80 psi durante il tragitto quindi sospetto che la maggior parte della differenza sia nelle ruote (e in una posizione più aerodinamica sulla bici da strada). - Johnny, 21 ottobre 13 alle 19:51

Semi-spazzatura. La bici per pendolari può avere pneumatici RR più alti, perché un pilota verrà avviato per la velocità e un pendolare per la protezione dalle forature e la durata dei pneumatici - ma quando il design dei pneumatici è lo stesso, allora più ampia è la resistenza al rotolamento INFERIORE!

Anche la rigidità è determinante. Più rigida è l'area BB, minore è la potenza persa a causa del flex del telaio. Quanto, non saprei dire. Ma la riduzione della massa per l'arrampicata, una maggiore rigidità e un attrito ridotto per una maggiore potenza delle ruote combinate probabilmente aggiungono qualcosa di evidente

Sì, è qualcosa che le riviste di ciclismo ti dicono che è un motivo per acquistare le loro biciclette CF più costose dai loro inserzionisti. Ma i test di laboratorio non l'hanno dimostrato. In effetti, i telai più flessibili possono effettivamente essere più veloci soprattutto in arrampicata, perché il flex fa sì che il telaio agisca come una trasmissione di potenza che liscia la molla

http://janheine.wordpress.com/2011/02/27/a-journey-of-discovery-part-5-frame-stiffness/

http://bikemagic.com/how-to/mountain-bike-maintenance/stiffness-and-the-sean-kelly-paradox.html

... Le bici super rigide sono eccellenti per i velocisti d'élite, ma per tutti gli altri uno spreco di denaro costoso e scomodo.

L'accelerazione angolare delle ruote è un fattore che accelera.

È un fattore, ma incredibilmente piccolo. Di tutte le cose stupide che i ciclisti credono nelle prestazioni, l'idea che il peso delle ruote abbia un grande effetto è probabilmente la più stupida perché tutti hanno visto prove contrarie. Quando lavori sui deragliatori e fai girare i pedali, c'è qualche grande resistenza alla ruota che sale alla velocità? No, è istantaneo. E se indossi un paio di guanti di pelle puoi fermare una ruota che si muove ai giri per 20 miglia all'ora con un pennello delle tue mani. Entrambe queste cose sono perché l'energia necessaria per far girare la ruota è minuscola. (C'è una formula per questo - avresti dovuto impararla al liceo!)

Il caso peggiore per una ruota è che richiede il doppio dell'energia della massa non rotante per l'energia cinetica. Quindi per le ruote da 2 kg, un telaio da 10 kg e un pilota da 50 kg, da 4 a 10 a 50. Gli effetti della massa delle ruote diventano ancora più piccoli se si considera un caso realistico con forze resistive.

Sto cercando di capire la fisica del peso della bici. Ho appena fatto il passaggio da una bici da strada da 11 kg a una da 8 kg (ovviamente ci sono molti più fattori e differenze tra le 2 bici oltre al peso) e ho notato il vantaggio di un peso ridotto. Tuttavia non sono sicuro di capirlo.

.. Quindi non hai notato alcuna differenza a causa del peso. L'hai assunto, perché questo è ciò che il marketing della bicicletta ti dice di fare.

La mia ipotesi è che tu abbia sperimentato una miscela di placebo e resistenza alla riduzione del rotolamento: pneumatici della stessa larghezza e categoria possono variare di circa il 50% in RR.

In realtà non ha un grande impatto sulla velocità. Tieni presente che quando guidi non è solo il peso della bici con cui hai a che fare. È anche il peso del ciclista e qualunque cosa tu stia trasportando. Quando si aggiunge che perdere qualche chilo raramente è più di una riduzione del peso totale del 5%, di solito più dell'1-2%.

Se pensi di far cadere una chilo da una bici fa una grande differenza, la prossima volta che vai in bici lancia una bottiglia d'acqua piena dalla tua bici e vedi se improvvisamente diventi molto più veloce. Non lo farai. I risultati della gara lo confermano. Dai un'occhiata alla velocità media del Tour de France 2012 e del Tour de France del 1982. Durante quel gap di 30 anni la bici media ha perso peso di oltre 6 libbre (25-30%!) Ma le velocità medie sono aumentate di meno di 1 mph. Ricorda anche che le biciclette sono anche diventate più aerodinamiche, i team sono diventati più coordinati nelle loro tattiche (grazie alle radio e ai feed TV in diretta nelle auto del team), i ciclisti ora si allenano con maggiore precisione (nessun misuratore di potenza nel '82) e i ciclisti arrivano nel Tour meglio riposati a causa di un programma di corse più breve.

Le bici leggere si sentono più leggere grazie all'effetto placebo. Inoltre, se una bici è più veloce, è difficile dire se ciò è dovuto al fatto che è più leggera. L'unico modo per misurare davvero sarebbe quello di prendere due biciclette assolutamente identiche e aggiungere peso a una e quindi fare un test in doppio cieco con i dati acquisiti su un misuratore di potenza. Le persone hanno fatto questi studi e i risultati hanno mostrato che il peso non è quasi il grosso problema che molti di noi pensano che sia.

Detto questo, le bici più leggere sono più divertenti. Lo sono e basta. ;)