Aerodynamika i fizyka kolarstwa

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Źródło: International Standard Atmosphere (ISO 2533) · wiedza

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

Źródło: International Standard Atmosphere (ISO 2533) · wiedza

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

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

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

Źródło: International Standard Atmosphere (ISO 2533) · wiedza

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

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

Źródło: International Standard Atmosphere (ISO 2533) · wiedza

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Źródło: Kyle, Ergonomics 1979 · wiedza

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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