Nel mio collo di bosco ci sono alcune discese di montagna che sono piuttosto sostanziali: diciamo 600 metri in media con una pendenza del 7%, con molte curve e altri ostacoli come le buche. Tipicamente la superficie è di asfalto di qualità ragionevole; Ho una bici da turismo.

Sono curioso di sapere se ci sono tecniche o gadget per moderare la mia velocità, al fine di ridurre la necessità di frenare (ad esempio, in un'auto si può scalare la marcia).

Come calcolo dell'inviluppo, considera un sistema per ciclista / bicicletta da 110 kg che scende di una pendenza del 7% a 50 km / ora, o circa 13 metri / secondo. A causa della pendenza, per ogni 13 m orizzontale, scende 0,91 m in verticale; quindi, ogni secondo, l'energia potenziale di una massa di 110 kg che cade 0,91 m viene aggiunta al sistema bici e ciclista e deve essere rimossa per non accelerare. Quell'energia potenziale ( U = mgh ) è di circa 980 joule; cioè, il ciclista deve dissipare circa 1kW per non accelerare.

Questo mi sorprende; sembra che molta energia venga scaricata nell'ambiente. Ma è alla pari con ciò che può essere prodotto dai piloti per raggiungere simili velocità in piano.

Quello che non so come calcolare è quanta energia viene consumata dalla resistenza dell'aria, dall'attrito meccanico nella bicicletta, dalla resistenza al rotolamento, ecc., Per sapere davvero quale extra un dispositivo di rallentamento avrebbe bisogno di consumare.

Una cosa a cui ho pensato era un hub dinamo; ma quelli sembrano consumare meno di 5 watt, il che non farebbe alcuna differenza.

(Devo aggiungere che so che non dovrei frenare continuamente fino in fondo. La mia domanda è se ci sono altre cose che posso fare o aggiungere alla bici per ridurre la velocità.)

Ci sono due parti per la tua domanda e due risposte. La prima parte della domanda è se ci sono dispositivi a velocità moderata in discesa. Questo è un problema comune con le bici tandem (e occasionalmente con le bici progettate per il turismo carico). Molti mozzi posteriori specifici per tandem hanno un lato sinistro filettato sul quale può essere montato un "freno di trascinamento". In genere un freno a tamburo, possono essere regolati per una leggera resistenza; i freni del cerchione vengono mantenuti come freno principale per l'arresto. Il vantaggio del freno a tamburo è che è lontano dal cerchione (poiché un riscaldamento eccessivo sul cerchione può avere conseguenze disastrose per il tubo o il pneumatico) e hanno un'elevata capacità termica. Sebbene non sia più prodotto, il venerabile e venerato freno a tamburo tandem Arai ne è un esempio.

La tua seconda domanda riguarda come stimare la domanda di resistenza su una bicicletta. Questo è un problema ben compreso, sebbene forse meno noto, ed è discusso nella Sezione 2 della Scienza in bicicletta di Wilson e Papadopoulos. Come avete ipotizzato, la potenziale componente energetica deve essere compensata dalla resistenza altrove: resistenza aerodinamica, frenata o resistenza al rotolamento. La velocità terminale si ottiene nel punto in cui la potenziale perdita di energia bilancia esattamente le forze di resistenza generate altrove. Il coefficiente di resistenza al rotolamento (Crr) sembra ridimensionarsi esattamente come la pendenza, quindi una variazione della pendenza dell'1% è esattamente come una variazione nella Crr di 0,01. Sfortunatamente, a questo scopo, non sarai in grado di fare affidamento su Crr per un apprezzabile trascinamento extra - comunemente, Crr varia da circa 0,004 a forse 0,01. Pertanto, sebbene in senso teorico si debba tener conto della resistenza al rotolamento, in senso pratico dissipa troppa poca energia per importare. Sgonfiare le gomme per aumentare il Crr in una discesa tortuosa non è solo insufficiente, è una cattiva idea.

La resistenza aerodinamica è più facilmente manipolabile ma ha anche un'efficacia limitata. L'area di trascinamento (tipicamente indicata dal prodotto della superficie frontale, A e il coefficiente di resistenza aerodinamica, Cd) per un ciclista tipico su una tipica bici da strada varia da circa 0,3 metri quadrati (circa, 3 piedi quadrati) forse fino a 0,5 metri quadrati o più. La forza di resistenza aerodinamica varia con il quadrato della velocità (poiché la forza varia con il quadrato della velocità, la potenza richiesta per superare quella forza varia con il cubo della velocità), quindi sedersi, aprire la cerniera di una giacca e allargare braccia e gambe può aggiungere un po 'di CdA; tuttavia, raramente più di ~ .2 metri quadrati.

Ciò lascia la frenata, cioè la conversione dell'energia potenziale tramite mezzi cinetici in calore e il posto per un freno di trascinamento come descritto sopra.

Non dici che tipo di bici sei, ma ci sono alcune cose semplici che ti aiuteranno.

1. Sedersi e allargare il corpo il più possibile aggiungerà una notevole quantità di resistenza. Puoi anche indossare una giacca e decomprimerla 7/8 in modo da prendere il vento.
2. Abbassa leggermente la pressione dei pneumatici. Non andare così in basso da perdere stabilità, ma la resistenza al rotolamento tra 105 psi e 120 psi farà la differenza
3. Trova pneumatici ad alta resistenza al rotolamento. Esistono diverse fonti per questi dati in base al tipo di bici.
4. Non direttamente correlato, ma assicurati di utilizzare pastiglie e cerchioni / rotori appropriati. Alcuni fanno meglio con le decantazioni lunghe rispetto ad altri.

Ci sono anche commenti ovvi come imparare a scendere a velocità o passare a una bici più lenta.

Alcune biciclette elettriche hanno una frenata rigenerativa . Questa è l'unica cosa che mi viene in mente che si avvicina a rispondere alla tua domanda.

Teoricamente, potresti usare qualcosa come un paracadute per rallentare, ma questo creerebbe troppi problemi (venti laterali, scivolo che si impiglia nella ruota posteriore, dover ritrarre lo scivolo quando non ne hai più bisogno, ecc.).

Se stai chiedendo un DISPOSITIVO per controllare la velocità, alcuni tandem (bici a due posti) hanno un sistema frenante dedicato chiamato "Drag Brake". Dalla pagina Sheldon Brown sui freni in tandem:

Friction Drag Drag

Il sistema più comune e soddisfacente è quello di impostare i freni del cerchione, uno per ogni leva del freno convenzionale, e azionare il freno del mozzo mediante un cambio a deragliatore. Potrebbe trattarsi di un "Barcon", di una leva del pollice di tipo mountainbike o di un comando comandi Sun Tour.

Un cambio di tipo a frizione consente al comandante di impostare il freno del mozzo in modo da applicare la quantità desiderata di resistenza, anche dopo aver lasciato andare il controllo del freno del mozzo. il capitano usa quindi entrambe le mani sui freni del cerchione per modulare la velocità della bici e fermarsi se diventa necessario.

Mentre la strategia più semplice sarebbe quella di utilizzare una ruota posteriore con cerchione + freno al mozzo, una per la leva del manubrio e l'altra per il cambio a frizione, ci sono alcuni mozzi dedicati da utilizzare come freni di trascinamento (anche se molto probabilmente sono ingombranti e difficili trovare). Un modello che ho trovato su Google è Arai Drum Brake (fuori produzione).

Non ho mai sentito parlare di un dispositivo pronto per fare quello che vuoi. L'unica cosa che mi viene in mente è quella di ottenere il ventilatore o il dispositivo di resistenza magnetica da un supporto di allenamento o rulli e in qualche modo collegarlo in modo che possa essere acceso e spento. O ancora meglio sarebbe ottenere un impianto di perforazione come quello usato in alcune cyclette in cui vi è un volano in alluminio con un elettromagnete disposto accanto ad esso, in modo tale che la resistenza aumenta all'aumentare del campo magnetico. (In teoria, al posto del volano si potrebbe usare un cerchio in alluminio profondo).

Ma dovresti recuperare parti da qualche parte per fare una di queste, e poi fare qualche lavoro di officina meccanica.

Altrimenti probabilmente la soluzione migliore nel tuo caso è una bici con freni a disco.

È possibile costruire o acquistare uno scivolo drogue. Non ha bisogno di pesare molto, essendo meno di un metro quadrato di nylon ripstop e un paio di metri di cavo sottile. Potrebbe anche essere legale farlo, a seconda di come il tuo paese scrive le leggi "nessun veicolo a vela" (o se esiste una tale legge). Sarei propenso a farlo strappare attaccandolo al mio corpo con velcro.

Ho fatto il contrario e ho usato una piccola porta per ombrellone / tenda come una vela quando avevo un forte vento in coda e stavo andando in salita sulla mia bici da turismo. Ha funzionato in modo inquietante, in quanto ho dovuto spostare l'attacco principale dalla cintura dello zaino al reggisella in quanto minacciava di catapultarmi sul manubrio (la bici era piuttosto pesante).

Come freno, suggerisco uno scivolo di trascinamento a croce in quanto sono facili da realizzare e più stabili di uno scivolo rotondo o rettangolare (i rettangoli sono più controllabili, ma a meno che non sei abituato al parapendio o al kite surf la curva di apprendimento è ripida).

Il problema principale che posso vedere è che le montagne spesso hanno il vento, e in particolare il vento può variare drammaticamente su brevi distanze. Ad esempio, se esci attorno a una cresta, puoi spostarti dall'aria immobile dietro la cresta al vento compresso sulla faccia esposta e il cambiamento di resistenza da uno scivolo sarà drammatico. In tal caso, devi decidere se far cadere lo scivolo sul parabrezza dell'auto che ti sta seguendo o rallentare improvvisamente di fronte. Entrambi potrebbero essere imbarazzanti.

Potresti sempre ottenere una marcia fissa e usare le gambe per rallentarti. Tornare su per la montagna presenterebbe però un problema completamente diverso. Sebbene con il giusto rapporto di trasmissione sarebbe probabilmente possibile andare su e giù per la montagna con una marcia fissa.

Forse usa i freni a disco, non i freni a cerchione, se il riscaldamento è un problema.

Sono abituato all'idea che la gente metta circa 1 KW nell'ambiente semplicemente esistendo; Non sono sicuro di quale sia il problema, con la perdita di un KW in più durante la discesa.