Por que a redução do peso da bicicleta afeta tanto a velocidade?

Estou tentando entender a física do peso da bicicleta. Acabei de mudar de uma bicicleta de estrada de 11Kg para uma de 8Kg (obviamente existem muitos outros fatores e diferenças entre as duas motos que não o peso) e notei o benefício da redução de peso. No entanto, não tenho certeza se entendi.

Digamos, por exemplo, que meu peso combinado é 8 + 75 para um peso total de 83 kg. A diferença entre isso e 86Kg é mínima, mas faz uma diferença aparentemente além do que eu esperaria.

Supondo que eu pudesse igualar o peso total carregando uma mochila ou um pacote de bidon / sela particularmente pesado) de modo que o peso combinado pudesse ser o mesmo, por que a bicicleta mais leve sempre parece mais rápida?

Eu li algo sobre a massa rotacional, o que parece indicar que não tem nada a ver com o seu peso combinado, como é percebido pela gravidade, mas com o esforço de elevação equivalente das partes móveis, como suas rodas, e, de fato, é o peso da roda que é o principal fator, pois você precisa levantar metade da roda para produzir impulso para a frente. É um tipo de efeito giroscópico, pelo qual é mais fácil girar a roda mais rápido?

Os dois principais "arrastões" de uma bicicleta, no nível do solo, são a resistência ao rolamento dos pneus e a resistência ao vento da bicicleta e do ciclista.

Em geral, até certo ponto, um pneu com pressão mais alta terá menor resistência ao rolamento, assim como um pneu com uma banda de rodagem mais suave. A largura do pneu também aparece, mas principalmente em termos de como ele influencia a pressão e o piso.

A resistência do vento é afetada pela largura do pneu, número de raios, tamanho do tubo e posição do piloto. Geralmente, à medida que a "velocidade" de uma bicicleta aumenta, a largura dos pneus e a contagem de raios diminuem e a posição do piloto se torna mais propensa (e, portanto, mais aerodinâmica). O tamanho do tubo não tende a variar muito (e pode realmente aumentar à medida que você vai aço-> alumínio-> carbono), mas esse efeito é leve e diferenças sutis no design da estrutura podem ser mais significativas.

Também pode haver mudanças ergonômicas - por exemplo, a posição de pilotagem mais inclinada, embora mais cansativa, geralmente é um pouco melhor para o pico de potência.

Qualidade de rolamento dificilmente aparece. Mesmo rolamentos baratos têm perdas muito baixas, e a diferença de resistência entre eles e os rolamentos de primeira linha não é mensurável. (A maior diferença está na durabilidade.)

O peso da bicicleta só entra na equação quando é necessário "subir" (e em um grau muito menor para resistência ao rolamento), mas é claro que é raro ter uma rota que não suba / desça 0,5% ou mais na maior parte do tempo . Esse 0,5% aumenta a potência necessária para manter uma velocidade constante em cerca de 10% em um curso de nível morto. Mas a diferença de 3KG entre as duas bicicletas acima equivaleria a cerca de 0,4% de diferença de potência nessa inclinação de 0,5%.

Parte da física é simples. Para mover um objecto de massa m -se um plano inclinado requer uma quantidade de trabalho proporcional ao peso. Esta é a massa vezes a aceleração gravitacional multiplicada pelo deslocamento W = mgd . Portanto, para as bicicletas mais pesadas, é necessário mais trabalho. Também requer mais energia média para elevá-lo no mesmo aumento em um período fixo de tempo.

Mas se em seu experimento com os mesmos pesos, esse efeito físico não existe, é apenas percepção ou outro fenômeno físico. Também isso é limitado à escalada.

A aceleração angular de suas rodas é um fator à medida que você está acelerando. À medida que você aplica o torque para aumentar a velocidade angular da roda, o momento de inércia é um fator. Isso é basicamente uma contabilidade de quanta massa e a que distância ela está do eixo. Pense em um patinador girando com os braços abertos e puxando-os para girar mais rápido. A gravidade nas rodas é uma consideração separada, descrita acima.

Outro fenômeno físico em jogo pode ser o arrasto aerodinâmico. Nos modelos mais simples, isso é proporcional à área da seção transversal, velocidade ao quadrado e coeficiente de arrasto. Alguns dizem que uma bicicleta mais pesada, com melhor desempenho aerodinâmico, apresenta desempenho mais eficiente em geral. Dado o peso combinado com o ciclista, isso pode ser verdade a velocidades suficientes.

Finalmente, pode haver uma variedade de fatores de ajuste na bicicleta mais leve que a tornam mais fácil e eficiente para você. Pode até ser que o ajuste o coloque em uma posição mais vantajosa em termos aerodinâmicos. Mas você se sentirá melhor em uma bicicleta devidamente ajustada.

Experimente a nova bicicleta com as rodas velhas e uma bolsa carregada. Se ainda parecer mais rápido, deve ser porque se encaixa melhor em você.

O que se segue é junk science:

O atrito dinâmico nas superfícies em movimento entra em jogo - eu colocaria $ $ em que os 8kg têm componentes de melhor qualidade e, portanto, suporte que a bicicleta de 11kg ..... Nada a ver com o peso, mas no ciclismo, o peso e a qualidade estão indissociavelmente ligados

As perdas mecânicas no trem de força de uma bicicleta são pequenas - e quando você está correndo rápido no nível, grande parte do trabalho é contra a resistência do ar, o que significa que você só obtém a raiz quadrada do ganho como uma mudança de velocidade. Portanto, a diferença entre uma moto muito boa e uma excelente nessa área será algo como o sqrt de 1,01 ...

Os pneus são outro fator - eu sou definitivamente mais rápido na minha bicicleta de estrada de fibra de carbono do que na minha bicicleta pesada de aço, mas a bicicleta de estrada tem pneus leves de 23mm a 110psi, em comparação com pneus de 32mm muito mais pesados ​​(resistentes a perfurações) a 80psi no trajeto bicicleta, então eu suspeito que a maior parte da diferença esteja nas rodas (e uma posição mais aerodinâmica na bicicleta de estrada). #: 21413 Johnny às 19:51

Semi-lixo. A bicicleta suburbana pode ter pneus com RR mais alto, porque um corredor será inicializado para obter velocidade e outro para proteção contra furos e durabilidade dos pneus - mas quando o design do pneu é o mesmo, maior é a resistência ao rolamento!

A rigidez também leva em consideração. Quanto mais rígida a área de BB, menos energia é perdida no chassi flexível. Quanto eu não sabia dizer. Mas a redução de massa para escalada, rigidez aumentada e atrito reduzido para maior potência das rodas combinadas provavelmente resultam em algo perceptível

Sim, é algo que as revistas de bicicleta dizem que é um motivo para comprar para seus anunciantes bicicletas CF mais caras. Mas testes de laboratório não mostraram isso. De fato, os quadros mais flexíveis podem ser realmente mais rápidos, especialmente na escalada - porque o flex faz com que o quadro atue como uma transmissão de potência de suavização de mola

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

... As motos super rígidas são excelentes para velocistas de elite, mas para todos os outros um desperdício de dinheiro caro e desconfortável.

A aceleração angular de suas rodas é um fator à medida que você está acelerando.

É um fator, mas incrivelmente pequeno. De todas as coisas estúpidas que os ciclistas acreditam sobre desempenho, a idéia de que o peso da roda tem um grande efeito é provavelmente a mais estúpida, porque todo mundo já viu evidências em contrário. Quando você trabalha nos descarriladores e gira os pedais, existe alguma grande resistência à roda chegando à velocidade? Não, é instantâneo. E se você usar um par de luvas de couro, poderá parar uma roda movendo-se à rotação por 20 mph com um pincel de suas mãos. Ambas as coisas são porque a energia necessária para fazer a roda girar é pequena. (Existe uma fórmula para isso - você deveria ter aprendido no ensino médio!)

O pior caso para uma roda é que ela requer o dobro da energia da massa não rotativa para energia cinética. Assim, para rodas de 2 kg, uma estrutura de 10 kg e um piloto de 50 kg, isso é de 4 a 10 a 50. Os efeitos da massa da roda se tornam ainda menores quando se considera um caso realista com forças resistivas.

Estou tentando entender a física do peso da bicicleta. Acabei de mudar de uma bicicleta de estrada de 11Kg para uma de 8Kg (obviamente existem muitos outros fatores e diferenças entre as duas motos que não o peso) e notei o benefício da redução de peso. No entanto, não tenho certeza se entendi.

..Então você não notou diferença devido ao peso. Você assumiu isso, porque é isso que o marketing de bicicleta diz para você fazer.

Meu palpite é que você experimentou uma mistura de placebo e resistência à redução do rolamento - pneus da mesma largura e categoria podem variar em cerca de 50% no RR.

Na verdade, não tem um grande impacto na velocidade. Lembre-se de que quando você está dirigindo, não é apenas o peso da bicicleta com a qual está lidando. É também o peso do ciclista e o que você está carregando. Quando você acrescenta que perder alguns quilos raramente é mais do que uma redução de peso total de 5%, geralmente mais como 1-2%.

Se você acha que largar uma libra de uma bicicleta faz uma enorme diferença, da próxima vez que estiver fora, jogue uma garrafa de água cheia na bicicleta e veja se de repente você se torna significativamente mais rápido. Você não vai. Os resultados das corridas confirmam isso. Dê uma olhada na velocidade média do Tour de France 2012 e do 1982 Tour de France. Durante esse intervalo de 30 anos, a bicicleta média caiu mais de 6 libras (25-30%!) Em peso, mas as velocidades médias subiram menos de 1 mph. Lembre-se também de que as motos também se tornaram mais aerodinâmicas, as equipes se tornaram mais coordenadas em suas táticas (graças a rádios e transmissões de TV ao vivo em carros de equipe), os ciclistas agora treinam com maior precisão (sem medidores de potência em 82) e os ciclistas vêm no Tour descansou melhor devido a um cronograma de corrida mais curto.

As bicicletas leves são mais leves em grande parte devido ao efeito placebo. Além disso, se uma bicicleta é mais rápida, é difícil dizer se isso é mais leve. A única maneira de medir isso seria pegar duas bicicletas absolutamente idênticas e adicionar peso a uma e, em seguida, fazer um teste duplo cego com os dados capturados em um medidor de energia. As pessoas fizeram esses estudos e os resultados mostraram que o peso não é quase o grande problema que a maioria de nós pensa que é.

Tudo isso dito, motos mais leves são mais divertidas. Eles simplesmente são. ;)