Часто делаются заявления о том, что, например, «Унция веса на ободах подобна добавлению 7 унций веса рамы». Это «общеизвестно», но некоторые из нас настроены скептически, и наши грубые попытки вычислить математику, похоже, подтверждают этот скептицизм.
Итак, давайте предположим стандартную велосипедную шину 700C с внешним радиусом около 36 см, велосипед весом 90 кг с велосипедом и водителем, а также шину+камеру+обод весом 950 г. С упрощающим предположением, что вся масса колеса находится на внешнем диаметре, насколько сильное влияние на ускорение оказывает добавление грамма дополнительного веса к внешнему диаметру по сравнению с добавлением грамма веса к раме + водителю?
Я задал этот вопрос на бирже стека физики .
Ответ , который я получил, был 2x - добавление одной унции (или грамма) к внешнему диаметру колеса (т.е. протектора) эквивалентно, с точки зрения силы/энергии, необходимой для ускорения, добавлению вдвое большего количества к раме велосипеда. .
Ответ был немного запутанным и требует внимательного прочтения, чтобы полностью понять его, но ответ также можно объяснить с помощью этого мысленного эксперимента:
Если у вас есть теоретическое невесомое колесо, закрепленное на неподвижной оси (то есть не катящееся по земле), и вы добавляете массу к его внешнему диаметру, то энергия, необходимая для ускорения этой добавленной массы до некоторой тангенциальной скорости, равна энергии, которая потребовалась бы для ускорения массы до той же линейной скорости (т. е. как если бы она была прикреплена к невесомой раме велосипеда).
Но если наше теоретическое невесомое колесо не закреплено на неподвижной оси, а вместо этого прикреплено к нашему теоретическому невесомому велосипеду, мы ускоряем массу как по касательной, так и по линейному, поэтому мы суммируем две потребности в энергии вместе, то есть для достижения требуется удвоенная сила. такое же ускорение и в 2 раза больше энергии для разгона до заданной скорости.
Таким образом, ответ 2x (а не 7x или 10x или что-то еще, что часто цитируют).
Причина, по которой люди говорят о влиянии увеличения веса на колеса по сравнению с рамой, заключается не в ускорении (кстати, 2-кратный результат ответа Дэниела Р. Хикса является правильным для этого), а скорее в подвеске: неподвешенный вес должен следовать за каждой неровностью на дороге . дорога добросовестно, и это стоит энергии. Подвешенный груз не должен следовать за каждым корнем/камнем/выбоиной и соответственно сжигает меньше энергии. Для автомобилей с их отличной подвеской это 7-кратная разница.
Велосипеды, однако, имеют очень слабую подвеску. Основными источниками подвески являются сама шина и сам гонщик. Шина, как правило, хорошо справляется с выравниванием небольших высокочастотных неровностей, которые в противном случае имели бы значительный потенциал потери энергии (конечно, в зависимости от давления в шине - это причина, по которой слишком высокое давление может фактически увеличить сопротивление качению). Огромное количество более крупных низкочастотных помех (выбоины, неровности брусчатки, корни и т. д.) передаются через раму и поглощаются водителем.
Однако спицы также играют роль в подвеске, поэтому грамм на ободе действительно потребляет больше энергии, чем грамм на раме. Но это небольшой эффект, гораздо меньше, чем в 2 раза, я бы поставил.
Все резко меняется, когда вы добавляете подвеску на свой велосипед: подвеска существует для того, чтобы выбоины и тому подобное не передавались на раму, в результате чего коэффициент утечки энергии приближается к значениям для автомобилей.
Так, в физике хорошо известно, что твердый диск (вес равномерно распределен) бьет обруч (вес равномерно распределен по периферии), а шар (вес равномерно распределен) бьет и диск, и обруч, когда катится по плоскости без ничего. но гравитация. Все упирается в расстояние гирь от оси. В начале требуется больше энергии, чтобы переместить определенный вес или подняться в гору. Но если используется маховик с потенциальной энергией, и чем тяжелее маховик, тем больше энергии будет сохранено при вращении. Но, как и в случае с Yoyo, это не 100% возврат. Однако это поможет вам подняться на следующий холм, если поддерживать постоянную скорость вращения до тех пор, пока это не потребуется. Вы когда-нибудь спускались с одного холма, и вам не приходилось снова крутить педали примерно до середины следующего? Я, вот и все. Если вы весите 120 фунтов, а ваш велосипед весит 10 фунтов, плюс вы добавляете маховик на 60 фунтов, и вы можете раскрутить маховик, скажем, до 1000 об / мин, он, вероятно, поднимет вас на довольно большой холм. Давайте попросим этого парня Колина с YouTube построить хитроумное изобретение, чтобы понять это. (Он построил магнитные туфли, чтобы ходить по потолку)
Гленн Жерве