Przejdź do treści
Insporta Book
pl

Triathlon · Poziom 8: Ekspert · Podpoziom 8.1

Aerodynamika i fizyka kolarstwa

10 testów · 100 faktów · zaktualizowano 12 października 2026 · markdown

Fizyka stojąca za prędkością roweru: równanie mocy, gęstość powietrza, CdA w liczbach, warstwy graniczne i powierzchnie, pomiar oporu, drafting, podjazdy i nachylenia, wiatr, energia kinetyczna oraz obliczenia prędkości i mocy.

Każdy test poniżej to dziesięć pytań w Insporta. Lista pod testem pokazuje, co sprawdzają pytania: jeden fakt na pytanie, ze źródłem, na którym je oparto. Przeczytaj ją przed testem albo wróć do niej po błędnej odpowiedzi.

Test 1Równanie mocy w kolarstwieRozwiąż test

  1. Zwalidowany model Martina sumuje straty aerodynamiczne, oporu toczenia, łożysk i układu napędowego, składnik grawitacyjny na wzniesieniach oraz zmiany energii kinetycznej.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  2. Siła oporu = 0,5 × gęstość powietrza × CdA × v do kwadratu, więc podwojenie prędkości powietrza czterokrotnie zwiększa tę siłę.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  3. Moc to siła razy prędkość, więc moc aerodynamiczna rośnie z v do sześcianu.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  4. Ponieważ moc aerodynamiczna rośnie z sześcianem prędkości, daje to 2 × 2 × 2 = 8 razy więcej mocy.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  5. Przy prędkościach wyścigowych na płaskim dominuje opór aerodynamiczny; opór toczenia i straty układu napędowego stanowią resztę.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  6. Siła oporu toczenia jest mniej więcej stała, więc pochłaniana przez nią moc rośnie w przybliżeniu liniowo z prędkością.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  7. Model wyjaśnił około 97% zmienności zmierzonej mocy, przy błędach rzędu kilku watów.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  8. Gęstość powietrza (rho) zależy od wysokości nad poziomem morza, temperatury, ciśnienia i wilgotności, a nie od zawodnika.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  9. CdA łączy bezwymiarowy współczynnik oporu z powierzchnią, dlatego podaje się go w metrach kwadratowych.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  10. 1,1 do sześcianu to około 1,33, więc aerodynamiczna część zapotrzebowania na moc rośnie o mniej więcej jedną trzecią.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

Test 2Gęstość powietrza i warunkiRozwiąż test

  1. Atmosfera standardowa daje około 1,225 kg/m³ na poziomie morza i przy 15 °C.

    Źródło: International Standard Atmosphere (ISO 2533) · wiedza

  2. Gęstość powietrza spada o około jedną dziesiątą na każdy kilometr wysokości w pobliżu poziomu morza.

    Źródło: International Standard Atmosphere (ISO 2533) · wiedza

  3. Niższa gęstość powietrza na wysokości miasta Meksyk zmniejszyła opór na tyle, że przeważyło to nad mniejszą dostępnością tlenu.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  4. Opór maleje wraz z gęstością, ale maleje też maksymalna moc tlenowa; wypadkowy efekt zależy od wysokości i długości zawodów.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  5. Gęstość jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej, więc gorące powietrze stawia nieco mniejszy opór.

    Źródło: International Standard Atmosphere (ISO 2533) · wiedza

  6. Przejście z 278 K do 308 K zmniejsza gęstość o około 10%, co obniża moc aerodynamiczną przy danej prędkości o ten sam odsetek.

    Źródło: International Standard Atmosphere (ISO 2533) · zastosowanie

  7. Para wodna jest lżejsza od azotu i tlenu, które wypiera, więc wilgotne powietrze ma nieco mniejszą gęstość.

    Źródło: International Standard Atmosphere (ISO 2533) · wiedza

  8. Przy tej samej mocy i CdA niższa gęstość powietrza w upale pozwala jechać szybciej, więc międzyczasy nie są bezpośrednio porównywalne.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  9. Zmierzona siła oporu odzwierciedla zarówno CdA, jak i gęstość powietrza; ich rozdzielenie wymaga temperatury, ciśnienia i wilgotności.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  10. Ponieważ moc jest proporcjonalna do gęstości × v do sześcianu, prędkość rośnie o około pierwiastek sześcienny z 1/0,9, czyli mniej więcej 3,5%.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

Test 3CdA w liczbachRozwiąż test

  1. Dane z tunelu aerodynamicznego i z toru wskazują, że najlepsi specjaliści od jazdy na czas mają około 0,20–0,23 m².

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  2. Wyprostowana pozycja szosowa mniej więcej podwaja powierzchnię oporu w porównaniu z najlepszymi pozycjami czasowymi.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  3. 0,5 × 1,225 × 0,01 × (11,1 m/s) do sześcianu to około 8 W.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  4. Cd odzwierciedla kształt i zachowanie przepływu; po pomnożeniu przez powierzchnię czołową daje CdA.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  5. Zmierzone rzutowane powierzchnie czołowe zawodników w pozycjach aerodynamicznych wynoszą zwykle około 0,3–0,4 m².

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  6. To, jak gładko powietrze opływa ciało, czyli część Cd, zależy od pozycji, ubioru i kształtu.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · zastosowanie

  7. Kilka watów zaoszczędzonych przy prędkości wyścigowej się sumuje; na 180 km niewielka poprawa CdA może być warta kilka minut.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  8. Na każdym kilometrze zaoszczędzony czas w sekundach jest większy, gdy jedzie się dłużej, choć oszczędność w watach jest mniejsza.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  9. Tunele często podają siłę oporu przy prędkości odniesienia, którą przelicza się na CdA, znając gęstość i prędkość.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  10. Każde 0,01 m² to około 8 W przy 40 km/h, więc 0,02 m² jest warte mniej więcej 16 W.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

Test 4Warstwy graniczne i powierzchnieRozwiąż test

  1. Powietrze tuż przy powierzchni jest hamowane przez tarcie, tworząc cienką warstwę przyścienną, której zachowanie kształtuje opór.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  2. Warstwa turbulentna jest odporna na oderwanie, opóźnia je i tworzy mniejszy ślad aerodynamiczny o niskim ciśnieniu.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  3. Podobnie jak dołki na piłce golfowej, faktura może wywołać wcześniejsze przejście do turbulencji na walcach, takich jak ramiona.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  4. Przy krytycznej liczbie Reynoldsa warstwa przyścienna staje się turbulentna, a opór gwałtownie spada; jest to kryzys oporu.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  5. Zależy ona od prędkości, rozmiaru i lepkości płynu oraz pozwala przewidzieć, czy przepływ jest laminarny, czy turbulentny.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  6. Na ciałach o tępym kształcie przy prędkościach kolarskich gładka powierzchnia może utrzymywać warstwę laminarną, która oddziela się wcześnie i zwiększa opór.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  7. Ich testy z 2014 roku wykazały, że ogolone nogi zmniejszały opór o kilka procent, co oszacowano na około 50–80 sekund na 40 km.

    Źródło: Specialized Win Tunnel, 2014 · wiedza

  8. Konstrukcje typu Kammtail odcinają tył tam, gdzie pozostaje niewiele korzyści dla przepływu, oszczędzając masę i siłę boczną.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  9. Każda faktura wywołuje przejście przy określonej liczbie Reynoldsa, więc stroje są dostrojone do spodziewanych prędkości wyścigowych.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  10. Trzepoczący materiał tworzy niestabilny, oderwany przepływ, zwiększając opór ponad to, co wynika z jego niewielkiej powierzchni.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

Test 5Pomiar oporu aerodynamicznegoRozwiąż test

  1. Tunele kontrolują prędkość powietrza i kąt natarcia wiatru, dzięki czemu małe różnice są mierzalne i powtarzalne.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  2. Jazda ze stałą prędkością na torze krytym z pomiarem mocy pozwala oszacować CdA przy niewielkim wietrze.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  3. Jeśli CdA i Crr są poprawne, modelowy profil wysokościowy odpowiada rzeczywistej drodze; wartości dostraja się, aż tak będzie.

    Źródło: Chung, Estimating CdA with a power meter (2012) · wiedza

  4. CFD rozwiązuje numerycznie równania przepływu, co pozwala przesiać wiele kształtów przed testami fizycznymi.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  5. Pomiar prędkości i gęstości powietrza na rowerze usuwa część domysłów dotyczących wiatru w testach terenowych.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  6. Podmuchy, ruch drogowy i drobne zmiany pozycji sprawiają, że wyniki terenowe są mniej precyzyjne, o ile testów nie powtarza się starannie.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  7. To, jak szybko spada prędkość podczas wybiegu na płaskiej nawierzchni, odzwierciedla łączny opór aerodynamiczny i toczenia.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  8. Ranking sprzętu może się zmieniać wraz z kątem natarcia wiatru, dlatego wyniki podaje się dla zakresu kątów wiatru.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  9. Powrót do punktu odniesienia pozwala sprawdzić dryf warunków i pozycji zawodnika w trakcie sesji.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · wiedza

  10. Bezwzględne CdA zależy od metody; porównania ustawień w obrębie jednej metody są bardziej wiarygodne niż sumy z różnych metod.

    Źródło: Debraux et al., Sports Biomech 2011 · zastosowanie

Test 6Fizyka draftinguRozwiąż test

  1. Jazda za kołem w niewielkiej odległości zmniejsza opór jadącego z tyłu zawodnika o mniej więcej jedną trzecią lub więcej.

    Źródło: Kyle, Ergonomics 1979 · wiedza

  2. Jadący z tyłu zawodnik podnosi ciśnienie za prowadzącym, zmniejszając jego opór o kilka procent.

    Źródło: Blocken et al., J Wind Eng Ind Aerodyn 2013 · wiedza

  3. Zawodnicy w środku i na końcu dużego peletonu odczuwali tylko niewielki ułamek oporu zawodnika jadącego samotnie.

    Źródło: Blocken et al., J Wind Eng Ind Aerodyn 2018 · wiedza

  4. Ślad o niskiej prędkości za zawodnikiem z odległością się rozmywa, więc osłona słabnie.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  5. Przy wymaganych dużych odstępach ślad w dużej mierze się odbudował, więc pozostała korzyść jest niewielka, ale nie zerowa.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  6. Blocken wykazał, że pojazd za zawodnikiem podnosi ciśnienie za nim, zmniejszając opór, co może mieć znaczenie w jeździe na czas.

    Źródło: Blocken et al., J Wind Eng Ind Aerodyn 2016 · wiedza

  7. Przy wietrze bocznym ślad jest przesunięty na bok, dlatego wachlarze formują się ukośnie w poprzek drogi.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  8. Na stromych podjazdach prędkość jest niska i dominuje grawitacja, więc osłona aerodynamiczna oszczędza niewiele mocy.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  9. Opór prowadzącego jest zbliżony do oporu zawodnika jadącego samotnie, podczas gdy następni jadą w jego śladzie.

    Źródło: Blocken et al., J Wind Eng Ind Aerodyn 2013 · zastosowanie

  10. Mniejszy opór oznacza, że do utrzymania tej samej prędkości potrzeba mniej mocy mechanicznej.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

Test 7Podjazdy, masa i nachyleniaRozwiąż test

  1. Moc grawitacyjna = masa × g × prędkość × sinus kąta nachylenia.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  2. 1 kg × 9,81 × 4,17 m/s × 0,08 to około 3,3 W.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  3. Velocita Ascensionale Media to prędkość wznoszenia w metrach na godzinę, zastępcza miara mocy wspinaczkowej na kilogram.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  4. Przy niskich prędkościach podjazdu niemal cała moc idzie na podnoszenie masy, więc o prędkości decyduje W/kg.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  5. O ile podjazdy nie są długie i strome, czas spędzony przy większej prędkości sprawia, że aerodynamika jest ważniejszym czynnikiem.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  6. Prędkość rośnie, aż siły oporu powietrza i toczenia zrównają się ze składową siły grawitacji ciągnącą w dół zbocza.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  7. Siła zjazdowa rośnie z masą, ale opór zależy od CdA i prędkości, więc cięższy zawodnik osiąga wyższą prędkość równowagi.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  8. Moc aerodynamiczna rośnie z sześcianem prędkości powietrza, więc przy prędkościach podjazdu stanowi niewielki udział mocy całkowitej.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  9. Przy dużych prędkościach zjazdu pozycja aerodynamiczna oszczędza najwięcej czasu; przy niskich prędkościach podjazdu ważniejsze są moc i oddychanie.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  10. Masa ma największe znaczenie tam, gdzie dominuje grawitacja; na płaskim i na zjazdach ma niewielki, a nawet lekko ujemny wpływ.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

Test 8Wiatr na rowerzeRozwiąż test

  1. Opór zależy od prędkości powietrza względem zawodnika, która uwzględnia każdy wiatr.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  2. Ponieważ opór gwałtownie rośnie z prędkością powietrza, a więcej czasu spędza się na wolniejszym odcinku pod wiatr, straty przewyższają zyski.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  3. Czas zaoszczędzony na wat jest większy przy niskich prędkościach, więc umiarkowanie większa moc na wolnych odcinkach poprawia czas całkowity.

    Źródło: Swain, Med Sci Sports Exerc 1997 · zastosowanie

  4. Przy umiarkowanym kącie natarcia wiatru obręcz może działać jak żagiel, wytwarzając siłę nośną ze składową skierowaną do przodu, która zmniejsza opór wypadkowy.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  5. Większe powierzchnie boczne wytwarzają większą siłę boczną i moment kierujący, gdy uderzą podmuchy.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  6. Jeśli powietrze porusza się z tą samą prędkością co zawodnik, prędkość względna powietrza, a tym samym opór, dążą do zera.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  7. Przy niższej prędkości zawodnika składowa wiatru bocznego stanowi większą część wiatru względnego, zwiększając kąt natarcia wiatru.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  8. Różnice oporu rosną z kwadratem prędkości powietrza, więc przewaga aerodynamiczna rośnie pod wiatr.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  9. Wiatr pozorny to suma wektorowa wiatru rzeczywistego i przepływu powietrza wywołanego własną prędkością zawodnika.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  10. Lekkie odpuszczenie na szybkim odcinku z wiatrem w plecy kosztuje niewiele czasu, a pozwala użyć więcej mocy tam, gdzie daje ona więcej czasu.

    Źródło: Swain, Med Sci Sports Exerc 1997 · zastosowanie

Test 9Energia kinetyczna i zmiany prędkościRozwiąż test

  1. Energia kinetyczna = 0,5 × masa × v do kwadratu.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  2. Każde użycie hamulca rozprasza energię kinetyczną, którą zawodnik musi oddać mocą podczas przyspieszania.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  3. Płynne pokonywanie zakrętów zachowuje prędkość, zmniejszając powtarzalny koszt przyspieszania z powrotem do tempa wyścigowego.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  4. 0,5 × 80 × (11,1 do kwadratu − 5,6 do kwadratu) to około 3,7 kJ, nie licząc strat na opór.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  5. Pęd niesie zawodnika na krótkie wzniesienia, dlatego utrzymanie prędkości przed wzniesieniem jest efektywne.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  6. Obracające się koło dodaje energię obrotową, ale ten dodatek jest niewielki i ma znaczenie tylko wtedy, gdy prędkość często się zmienia.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  7. Wielokrotne zwalnianie i przyspieszanie sprawia, że serie mocy i prowadzenie roweru stają się ważniejsze w stosunku do samej aerodynamiki.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  8. Krótkie przyspieszenia kosztują zarówno energię kinetyczną, jak i sześcienną moc aerodynamiczną; zysk jest często niewielki.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  9. Zawodnicy z tyłu hamują częściej i muszą mocniej przyspieszać, dlatego efekt harmonijki rozciąga grupę.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · wiedza

  10. Ponieważ moc oporu rośnie z sześcianem prędkości, jazda nierówna przy tej samej średniej prędkości wymaga więcej energii.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

Test 10Obliczenia prędkości i mocyRozwiąż test

  1. Ponieważ na płaskim moc rośnie mniej więcej z sześcianem prędkości, prędkość zmienia się o około jedną trzecią zmiany mocy.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  2. Pięć godzin jazdy o 1% szybciej oszczędza około 1% z 300 minut, czyli mniej więcej 3 minuty.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  3. (36/40) do sześcianu to około 0,73, a 0,73 × 250 to około 182 W.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  4. Czas zaoszczędzony na wat jest większy przy niższej prędkości i narasta w trakcie dłuższej jazdy.

    Źródło: Crouch et al., Sports Eng 2017 · zastosowanie

  5. Praca = moc × czas: 200 J/s × 3600 s = 720 000 J.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  6. Spalenie 4,18 kJ energii z pożywienia, by wykonać około 1 kJ pracy przy sprawności ~24%, sprawia, że liczby są niemal równe.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  7. Tylko około jedna piąta do jednej czwartej energii metabolicznej zamienia się w moc na pedałach; reszta to ciepło.

    Źródło: Coyle et al., Med Sci Sports Exerc 1992 · wiedza

  8. Przy sprawności około 20–25% większość energii opuszcza organizm jako ciepło, które ciało musi rozproszyć.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · wiedza

  9. Oszczędność równoważna 4% mocy daje mniej więcej jedną trzecią tej wartości w prędkości, czyli około 1,3%.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

  10. Prędkość skaluje się z pierwiastkiem sześciennym z mocy/CdA, więc obniżenie CdA o 10% daje około 3,5% większą prędkość.

    Źródło: Martin et al., J Appl Biomech 1998 · zastosowanie

Źródła

Recenzowana literatura z inżynierii sportowej i fizjologii oraz opublikowane dane testowe i normy dla faktów ustalonych

  • Martin et al., J Appl Biomech 199841
  • Crouch et al., Sports Eng 201731
  • Debraux et al., Sports Biomech 201113
  • International Standard Atmosphere (ISO 2533)5
  • Blocken et al., J Wind Eng Ind Aerodyn 20132
  • Swain, Med Sci Sports Exerc 19972
  • Specialized Win Tunnel, 20141
  • Chung, Estimating CdA with a power meter (2012)1
  • Kyle, Ergonomics 19791
  • Blocken et al., J Wind Eng Ind Aerodyn 20181
  • Blocken et al., J Wind Eng Ind Aerodyn 20161
  • Coyle et al., Med Sci Sports Exerc 19921