Uma roda 0,5 kg mais leve - real diferença
Posted: Sun 27 Oct 2013 16:57
Como todos sabem (todos que eu contei ou souberam) eu me interesso e estudo muito assuntos relacionados com o ciclismo. Procuro muita coisa na net. Não me satisfaço com testes de revista ou percepções subjetivas sobre determinado assunto, do tipo: "Acho que essa roda me deu 5 km/h a mais de vantagem, bla bla bla"
vou colar aqui algo que estava lendo agora pouco. :
Um argumento eterno favorito no ciclismo fóruns é o custo-benefício de escolher um rodado com aerodinâmica superior contra um rodado que é mais leve (ou uma vs aero um quadro mais leve).
É claro que é uma dicotomia falsa que se deve escolher apenas um ou o outro. Mas isso não impede que as pessoas se divertindo discutindo os méritos de cada um, ou de agarrar crenças / mitos / Folclore transmitidas através das gerações. É claro que há uma infinidade de coisas que vão para o que é uma escolha adequada de rodas, e eu não vou aprofundar esses, basta dizer que eles envolvem uma série de fatores além de aerodinâmica e de massa, incluindo, entre outros ( e não em qualquer ordem particular):
força
durabilidade
capacidade de permanecer rodada e verdadeiro
rigidez lateral
custo
reparação, capacidade e custo do serviço
adequação para a finalidade / raça / montando situação
demandas de travagem
manipulação de características
escolhas de pneus disponíveis
rolamento e qualidade freehub etc
regras de concorrência
adequação para a moto (por exemplo, irá se encaixa?)
sex appeal / fator que bling
e assim por diante .....
Em seguida, é preciso ponderar esses fatores e aplicar seu próprio julgamento pessoal sobre quais os fatores que mais importa. Que será, naturalmente, diferente para todos. Não é nenhuma maravilha fabricantes de rodas tem um dia de campo com todos os vários possíveis pontos de diferença disponível quando comercializam seus produtos.
Mas vamos voltar à questão da massa roda e aerodinâmica, eo que realmente importa se, por exemplo, poderíamos supor que todos os outros fatores entre os dois conjuntos de rodas eram idênticos.
Pouco antes de mergulhar em que - para complicar um pouco, pode-se supor a inércia de rotação de uma roda desempenha um papel importante no seu desempenho durante as acelerações (para além da simples diferença em si mesma massa da roda). Bem, é claro que se deve esperar alguma diferença entre as rodas com diferentes momentos de inércia , mas é realmente um fator importante quando se trata de desempenho aceleração?
Agora, esta questão já foi examinada por outros, incluindo um bom item no desempenho roda por Kraig Willett em bicicleta Tech Review . Nesse artigo, Kraig atravessa a física e demonstra como (in) significante a diferença na roda de inércia de rotação durante acelerações seja, em relação às outras forças de resistência primária encontrados em uma moto. Em um outro olhar, mais simplificado, Tom Anhalt também examinou esta e ilustra a mesma conclusão neste artigo sobre Slowtwitch .
Assim, pode-se razoavelmente ignorar a diferença nos momentos de inércia quando se considera o desempenho global de aceleração. Mas para aqueles que ainda se importa, foram desenvolvidas as equações de movimento para um ciclista, exaustivamente testados e não incluem o momento de inércia. Eu vou voltar este tão cedo.
Então, de volta ao peso v aero - a luta de boxe clássico.
Primeiro vamos considerar as demandas de energia relativos das várias forças de resistência encontrados ao ciclismo, principalmente:
resistência do ar (aerodinâmica da moto e piloto, velocidade e vento)
gravidade (peso da moto e piloto, e gradiente)
resistência ao rolamento (pneus ea superfície da estrada)
perdas por atrito drive-trem
mudanças na energia cinética (acelerações)
Podemos examinar a diferença na demanda de energia relativa das várias forças de resistência um cavaleiro encontra ao rodar à velocidade de estado estacionário em estradas de vários gradientes. Um exemplo é mostrado na tabela abaixo:
Neste exemplo, podemos ver a importância relativa de cada força de resistência, como as mudanças de gradiente de terreno plano (0% de declividade) para muito íngreme (10% de inclinação). Como a estrada fica mais íngreme, a influência da gravidade assume, e como a estrada achata, em seguida, a resistência do ar é a força dominante.
Nossa velocidade ao subir declives íngremes é direta e quase linearmente proporcional ao nosso poder de razão de massa. Daí porque o peso é uma consideração primária quando a estrada inclina para cima. Perder 2% de massa para mesma potência, como você vai quase 2% mais rápido. Muito simples.
No entanto, quando o terreno é mais plano, então não é tão simples como a relação entre a velocidade ea potência não é pseudo-linear, mas sim uma relação cúbica com a velocidade relativa do ar, o que significa que para sustentar uma velocidade que é 2% mais rápido (1,02 vezes), você vai precisar de cerca de 8% 1,02 ^ 3 ou cerca de 6% mais de energia *. Ouch. Falar sobre retornos decrescentes. É por isso que a aerodinâmica é tão importante.
* Quando você realmente responsáveis por todas as forças corretamente, o aumento na demanda de energia para um aumento na velocidade sustentada de dizer 40,0 a 40,8 kmh (um aumento de velocidade de 2%) é mais parecido com 5,5%, e você pode usar um expoente de 2,7, em vez de 3, como um pouco melhor ROT.
Mas o que acontece com acelerações?
Bem a energia necessária para acelerar é directamente proporcional à massa e à velocidade de aceleração. É claro que também haverá uma demanda de energia para superar o ar variando e resistências rolando nesses diferentes velocidades, bem como lidar com a gravidade de qualquer morro que pode ser escalada na época.
Então, tudo começa a ficar um pouco mais complicado. Tenha paciência comigo ...
Na década de 1990, um grupo de faíscas brilhantes fiz um monte de testes para desenvolver e validar um modelo matemático para a física de ciclismo de estrada, e ter que publicou na revisão por pares mundo científico. O modelo foi desenvolvido após extensos testes em velocidades de vento altamente variáveis e ângulos de guinada, e foi testado com dados reais coletados usando medidores de potência SRM. Ele já foi adaptado e validado para cenários pista velódromo, incluindo o início acelerações de pé por sprinters mundiais de faixa de classe. Que eu não tenho um link do site para o papel, mas aqui está os detalhes de referência. OK, eu achei o link do site para o papel:
A validação de um modelo matemático para Ciclismo Estrada Poder
James C. Martin, Douglas C. Milliken, John E. Cobb, Kevin L. McFadden, Andrew R. Coggan. Jornal de Biomecânica Aplicada, 1998, 14, 276-291
Alguns de vocês podem reconhecer alguns dos nomes do autor. Em resumo, as equações semelhante a este (de acordo com um slide de uma das apresentações em powerpoint do Dr. Coggan):
http://i220.photobucket.com/albums/dd22 ... ycling.png
À primeira vista parece um pouco OTT, mas realmente não é tão ruim quando você dividi-la com suas partes constituintes.
O que isto calças matemática fantasia nos permite fazer algo chamado avanço da integração - o que é uma maneira de ser capaz de prever o segundo por segundo de velocidade de um piloto, se sabemos o segundo por segundo de energia, e um punhado de variáveis-chave como a sua aerodinâmica coeficiente de arrasto, peso, resistência ao rolamento, gradiente, vento e assim por diante.
Agora, existem alguns sites que têm vindo a fazer essas coisas por anos, eo melhor exemplo que posso pensar é de Tom Compton analyticcycling.com . Check it out, Tom faz alguns trabalhos como modelo legal.
Para um pouco de diversão, porém, eu pensei que eu iria examinar dois cenários de aceleração utilizando a técnica de integração para a frente para examinar o trade off entre o desempenho de um conjunto de rodas que é mais aerodinâmico contra um que é um pouco mais leve.
Aqui estão os dois cenários.
Cenário 1:
Um piloto acelera de um início de pé com uma potência média de 1.000 watts durante 10 segundos.
Cenário 2:
Um piloto acelera de 30 kmh com uma potência média de 1.000 watts durante 10 segundos.
Vou usar o seguinte como hipóteses sobre as diferenças em variáveis fundamentais:
Bicicleta configurar A: CdA de 0.320m ^ 2 e massa de 80,0 kg (mais leve, mas menos aero)
Bicicleta configurar B: CdA de 0.297m ^ 2 e massa de 80,5 kg (mais pesado, mas melhor aero)
e as seguintes premissas se aplicam tanto a bicicleta set ups:
Air densidade: 1,2 kg / m ^ 3
Crr: 0.005
Eficiência Transmissão: 100%
Nenhum vento
Eu escolhi essa diferença de CdA como é representante de uma diferença no mundo real eu tenho medido entre duas rodas traseiras (um um perfil de pouca luz-ish 32 falou a roda, o outro uma roda projetado exclusivamente para o desempenho aerodinâmico), embora com a finalidade de este exercício, eu ter exagerado a diferença de massa.
Usando as equações de movimento, e da técnica de integração para a frente, neste caso, utilizando um intervalo de tempo de 0,1 segundo, podemos mostrar o que acontece quando nós aceleramos a partir de um início de pé. Aqui é o enredo de velocidade para os 10 segundos para cada moto configurar:
Bem, as linhas praticamente se sobrepõem, mas como você se aproxima do final da aceleração, podemos ver que o mais pesado, mas mais aero configurar resulta em uma maior velocidade máxima após 10 segundos. Mas isso significa que eles estão à frente? Se eram inicialmente mais lento nas fases de aceleração, que vai pegar? Bem, para examinar isso, nós simplesmente inspecionar a diferença na distância acumulada percorrida em cada momento:
Então, agora podemos ver que, inicialmente, após o início do conjunto, o piloto com o volante mais pesado, mas mais aero cai para trás ligeiramente nos últimos segundos de abertura ea distância cresce, inicialmente, até que eles perdem um máximo de 4,6 centímetros no seu "rival", depois de 4,3 segundo. Mas depois desse ponto, o piloto no volante mais pesado e mais aero começa a apanhar, eventualmente, ultrapassar o seu rival depois de 7 segundos, e ganha a 10 segundos de sprint por 17 centímetros, ou cerca de 1/4 de uma roda. Mesmo para apenas uma volta de meia pista sprint, que é muito mais do que o suficiente para justificar a opção aero sobre a pena de peso. Mas se os seus eventos especiais dura menos de 6 segundos de um começo ereto, então vá para a borda mais leve.
OK, mas o que acontece com a aceleração de um começo de rolamento?
Bem, vamos examinar o mesmo cenário, com a única mudança é que começamos a 30km / h, em seguida, aplicar uma média de 1000W por 10 segundos. Acelerar diferença trama:
Mais uma vez, podemos ver que as linhas de velocidade estão estreitamente alinhados, só que agora a velocidade máxima alcançada depois de 10 segundos é maior ea diferença velocidade máxima de 0,5 kmh entre cada set up é maior do que a diferença de velocidade de topo no cenário início de pé. E a diferença na distância?
Bem, desta vez a roda mais leve / menos aero perde imediatamente e nunca ganha uma vantagem. O cara com o volante mais pesado, mas mais aero vence a 10 segundos de sprint por 60 centímetros - quase a largura da roda.
OK, então se terreno achatada é sua coisa, e acelerações regulares são parte do jogo, então talvez um re-pensar sobre os méritos relativos de aerodinâmica e peso quando se considera que as rodas de usar. E tenha em mente que, para efeitos deste exercício que eu mais exagerada a diferença de massa típico, enquanto usando uma melhoria bastante típico na aerodinâmica atingíveis de usar uma seção profunda roda aero posto sobre uma roda mais leve de baixo perfil.
Para o meu próximo truque, vou examinar a forma de uma curva de potência típico durante essas acelerações e aplicar esse poder variável de abastecimento para os modelos, já que ninguém realmente acelera com uma curva de potência plana. Olhe para a Parte II.
E como dizem no comércio, YMMV.
vou colar aqui algo que estava lendo agora pouco. :
Um argumento eterno favorito no ciclismo fóruns é o custo-benefício de escolher um rodado com aerodinâmica superior contra um rodado que é mais leve (ou uma vs aero um quadro mais leve).
É claro que é uma dicotomia falsa que se deve escolher apenas um ou o outro. Mas isso não impede que as pessoas se divertindo discutindo os méritos de cada um, ou de agarrar crenças / mitos / Folclore transmitidas através das gerações. É claro que há uma infinidade de coisas que vão para o que é uma escolha adequada de rodas, e eu não vou aprofundar esses, basta dizer que eles envolvem uma série de fatores além de aerodinâmica e de massa, incluindo, entre outros ( e não em qualquer ordem particular):
força
durabilidade
capacidade de permanecer rodada e verdadeiro
rigidez lateral
custo
reparação, capacidade e custo do serviço
adequação para a finalidade / raça / montando situação
demandas de travagem
manipulação de características
escolhas de pneus disponíveis
rolamento e qualidade freehub etc
regras de concorrência
adequação para a moto (por exemplo, irá se encaixa?)
sex appeal / fator que bling
e assim por diante .....
Em seguida, é preciso ponderar esses fatores e aplicar seu próprio julgamento pessoal sobre quais os fatores que mais importa. Que será, naturalmente, diferente para todos. Não é nenhuma maravilha fabricantes de rodas tem um dia de campo com todos os vários possíveis pontos de diferença disponível quando comercializam seus produtos.
Mas vamos voltar à questão da massa roda e aerodinâmica, eo que realmente importa se, por exemplo, poderíamos supor que todos os outros fatores entre os dois conjuntos de rodas eram idênticos.
Pouco antes de mergulhar em que - para complicar um pouco, pode-se supor a inércia de rotação de uma roda desempenha um papel importante no seu desempenho durante as acelerações (para além da simples diferença em si mesma massa da roda). Bem, é claro que se deve esperar alguma diferença entre as rodas com diferentes momentos de inércia , mas é realmente um fator importante quando se trata de desempenho aceleração?
Agora, esta questão já foi examinada por outros, incluindo um bom item no desempenho roda por Kraig Willett em bicicleta Tech Review . Nesse artigo, Kraig atravessa a física e demonstra como (in) significante a diferença na roda de inércia de rotação durante acelerações seja, em relação às outras forças de resistência primária encontrados em uma moto. Em um outro olhar, mais simplificado, Tom Anhalt também examinou esta e ilustra a mesma conclusão neste artigo sobre Slowtwitch .
Assim, pode-se razoavelmente ignorar a diferença nos momentos de inércia quando se considera o desempenho global de aceleração. Mas para aqueles que ainda se importa, foram desenvolvidas as equações de movimento para um ciclista, exaustivamente testados e não incluem o momento de inércia. Eu vou voltar este tão cedo.
Então, de volta ao peso v aero - a luta de boxe clássico.
Primeiro vamos considerar as demandas de energia relativos das várias forças de resistência encontrados ao ciclismo, principalmente:
resistência do ar (aerodinâmica da moto e piloto, velocidade e vento)
gravidade (peso da moto e piloto, e gradiente)
resistência ao rolamento (pneus ea superfície da estrada)
perdas por atrito drive-trem
mudanças na energia cinética (acelerações)
Podemos examinar a diferença na demanda de energia relativa das várias forças de resistência um cavaleiro encontra ao rodar à velocidade de estado estacionário em estradas de vários gradientes. Um exemplo é mostrado na tabela abaixo:
Neste exemplo, podemos ver a importância relativa de cada força de resistência, como as mudanças de gradiente de terreno plano (0% de declividade) para muito íngreme (10% de inclinação). Como a estrada fica mais íngreme, a influência da gravidade assume, e como a estrada achata, em seguida, a resistência do ar é a força dominante.
Nossa velocidade ao subir declives íngremes é direta e quase linearmente proporcional ao nosso poder de razão de massa. Daí porque o peso é uma consideração primária quando a estrada inclina para cima. Perder 2% de massa para mesma potência, como você vai quase 2% mais rápido. Muito simples.
No entanto, quando o terreno é mais plano, então não é tão simples como a relação entre a velocidade ea potência não é pseudo-linear, mas sim uma relação cúbica com a velocidade relativa do ar, o que significa que para sustentar uma velocidade que é 2% mais rápido (1,02 vezes), você vai precisar de cerca de 8% 1,02 ^ 3 ou cerca de 6% mais de energia *. Ouch. Falar sobre retornos decrescentes. É por isso que a aerodinâmica é tão importante.
* Quando você realmente responsáveis por todas as forças corretamente, o aumento na demanda de energia para um aumento na velocidade sustentada de dizer 40,0 a 40,8 kmh (um aumento de velocidade de 2%) é mais parecido com 5,5%, e você pode usar um expoente de 2,7, em vez de 3, como um pouco melhor ROT.
Mas o que acontece com acelerações?
Bem a energia necessária para acelerar é directamente proporcional à massa e à velocidade de aceleração. É claro que também haverá uma demanda de energia para superar o ar variando e resistências rolando nesses diferentes velocidades, bem como lidar com a gravidade de qualquer morro que pode ser escalada na época.
Então, tudo começa a ficar um pouco mais complicado. Tenha paciência comigo ...
Na década de 1990, um grupo de faíscas brilhantes fiz um monte de testes para desenvolver e validar um modelo matemático para a física de ciclismo de estrada, e ter que publicou na revisão por pares mundo científico. O modelo foi desenvolvido após extensos testes em velocidades de vento altamente variáveis e ângulos de guinada, e foi testado com dados reais coletados usando medidores de potência SRM. Ele já foi adaptado e validado para cenários pista velódromo, incluindo o início acelerações de pé por sprinters mundiais de faixa de classe. Que eu não tenho um link do site para o papel, mas aqui está os detalhes de referência. OK, eu achei o link do site para o papel:
A validação de um modelo matemático para Ciclismo Estrada Poder
James C. Martin, Douglas C. Milliken, John E. Cobb, Kevin L. McFadden, Andrew R. Coggan. Jornal de Biomecânica Aplicada, 1998, 14, 276-291
Alguns de vocês podem reconhecer alguns dos nomes do autor. Em resumo, as equações semelhante a este (de acordo com um slide de uma das apresentações em powerpoint do Dr. Coggan):
http://i220.photobucket.com/albums/dd22 ... ycling.png
À primeira vista parece um pouco OTT, mas realmente não é tão ruim quando você dividi-la com suas partes constituintes.
O que isto calças matemática fantasia nos permite fazer algo chamado avanço da integração - o que é uma maneira de ser capaz de prever o segundo por segundo de velocidade de um piloto, se sabemos o segundo por segundo de energia, e um punhado de variáveis-chave como a sua aerodinâmica coeficiente de arrasto, peso, resistência ao rolamento, gradiente, vento e assim por diante.
Agora, existem alguns sites que têm vindo a fazer essas coisas por anos, eo melhor exemplo que posso pensar é de Tom Compton analyticcycling.com . Check it out, Tom faz alguns trabalhos como modelo legal.
Para um pouco de diversão, porém, eu pensei que eu iria examinar dois cenários de aceleração utilizando a técnica de integração para a frente para examinar o trade off entre o desempenho de um conjunto de rodas que é mais aerodinâmico contra um que é um pouco mais leve.
Aqui estão os dois cenários.
Cenário 1:
Um piloto acelera de um início de pé com uma potência média de 1.000 watts durante 10 segundos.
Cenário 2:
Um piloto acelera de 30 kmh com uma potência média de 1.000 watts durante 10 segundos.
Vou usar o seguinte como hipóteses sobre as diferenças em variáveis fundamentais:
Bicicleta configurar A: CdA de 0.320m ^ 2 e massa de 80,0 kg (mais leve, mas menos aero)
Bicicleta configurar B: CdA de 0.297m ^ 2 e massa de 80,5 kg (mais pesado, mas melhor aero)
e as seguintes premissas se aplicam tanto a bicicleta set ups:
Air densidade: 1,2 kg / m ^ 3
Crr: 0.005
Eficiência Transmissão: 100%
Nenhum vento
Eu escolhi essa diferença de CdA como é representante de uma diferença no mundo real eu tenho medido entre duas rodas traseiras (um um perfil de pouca luz-ish 32 falou a roda, o outro uma roda projetado exclusivamente para o desempenho aerodinâmico), embora com a finalidade de este exercício, eu ter exagerado a diferença de massa.
Usando as equações de movimento, e da técnica de integração para a frente, neste caso, utilizando um intervalo de tempo de 0,1 segundo, podemos mostrar o que acontece quando nós aceleramos a partir de um início de pé. Aqui é o enredo de velocidade para os 10 segundos para cada moto configurar:
Bem, as linhas praticamente se sobrepõem, mas como você se aproxima do final da aceleração, podemos ver que o mais pesado, mas mais aero configurar resulta em uma maior velocidade máxima após 10 segundos. Mas isso significa que eles estão à frente? Se eram inicialmente mais lento nas fases de aceleração, que vai pegar? Bem, para examinar isso, nós simplesmente inspecionar a diferença na distância acumulada percorrida em cada momento:
Então, agora podemos ver que, inicialmente, após o início do conjunto, o piloto com o volante mais pesado, mas mais aero cai para trás ligeiramente nos últimos segundos de abertura ea distância cresce, inicialmente, até que eles perdem um máximo de 4,6 centímetros no seu "rival", depois de 4,3 segundo. Mas depois desse ponto, o piloto no volante mais pesado e mais aero começa a apanhar, eventualmente, ultrapassar o seu rival depois de 7 segundos, e ganha a 10 segundos de sprint por 17 centímetros, ou cerca de 1/4 de uma roda. Mesmo para apenas uma volta de meia pista sprint, que é muito mais do que o suficiente para justificar a opção aero sobre a pena de peso. Mas se os seus eventos especiais dura menos de 6 segundos de um começo ereto, então vá para a borda mais leve.
OK, mas o que acontece com a aceleração de um começo de rolamento?
Bem, vamos examinar o mesmo cenário, com a única mudança é que começamos a 30km / h, em seguida, aplicar uma média de 1000W por 10 segundos. Acelerar diferença trama:
Mais uma vez, podemos ver que as linhas de velocidade estão estreitamente alinhados, só que agora a velocidade máxima alcançada depois de 10 segundos é maior ea diferença velocidade máxima de 0,5 kmh entre cada set up é maior do que a diferença de velocidade de topo no cenário início de pé. E a diferença na distância?
Bem, desta vez a roda mais leve / menos aero perde imediatamente e nunca ganha uma vantagem. O cara com o volante mais pesado, mas mais aero vence a 10 segundos de sprint por 60 centímetros - quase a largura da roda.
OK, então se terreno achatada é sua coisa, e acelerações regulares são parte do jogo, então talvez um re-pensar sobre os méritos relativos de aerodinâmica e peso quando se considera que as rodas de usar. E tenha em mente que, para efeitos deste exercício que eu mais exagerada a diferença de massa típico, enquanto usando uma melhoria bastante típico na aerodinâmica atingíveis de usar uma seção profunda roda aero posto sobre uma roda mais leve de baixo perfil.
Para o meu próximo truque, vou examinar a forma de uma curva de potência típico durante essas acelerações e aplicar esse poder variável de abastecimento para os modelos, já que ninguém realmente acelera com uma curva de potência plana. Olhe para a Parte II.
E como dizem no comércio, YMMV.
Até agora foram só 400 km com elas.
