اگر به دنبال کاهش وزن در دوچرخه هستید، آیا چرخ ها بهترین اجزای برای ارتقا هستند؟ ما حقایق را از چرخشجدا می کنیم
«یک پوند روی چرخ‌ها روی قاب دو پوند ارزش دارد» یا اینطور می‌گویند. این خرد متعارف بر رویکرد انتخاب چرخ برای بسیاری از دوچرخه سواران حاکم است - اگر جایی برای پاشیدن پول نقد برای تراشیدن چند گرم وجود داشت، آن چرخ ها هستند.
اما همانطور که اغلب در مورد خرد متعارف اتفاق می افتد، ما از رها کردن آن چندان خوشحال نیستیم.
این ایده که وزن چرخ‌چرخ مهم‌تر از هر بخش دیگری از دوچرخه است بر این واقعیت استوار است که چرخ‌ها بیش از هر بخش دیگری از دوچرخه حرکت می‌کنند.
Andy Ruina، استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه کرنل، آن را کاملاً ساده بیان می کند: «سرعت بالای چرخ دو برابر دوچرخه است. و جهت مخالف [پایین چرخ] این سرعت را خنثی نمی کند.
'در نتیجه انرژی جنبشی آن دو برابر بیشتر است، بنابراین برای به حرکت درآوردن آن دو برابر نیروی بیشتری لازم است و باعث می شود سرعت دوچرخه دو برابر شود.'
وزن v شتاب
وزن در طرح بزرگ حرکت دوچرخه به دلیل ارتباط آن با شتاب بسیار مهم است. وقتی چیزی با سرعت ثابت حرکت می کند، تمام نیروهایی که آن را فشار می دهند و سرعت آن را کاهش می دهند در تعادل هستند.
افزایش معقول وزن هیچ تفاوتی ندارد، به جز افزایش جزئی در اصطکاک یا مقاومت غلتشی که ممکن است ایجاد کند.
با افزایش یا از دست دادن سرعت، قانون دوم نیوتن به اجرا در می آید: نیرو=جرم x شتاب. بنابراین هر چه جرم شما بیشتر باشد، نیروی بیشتری برای افزایش سرعت نیاز دارید.
پس چرا، این که وزن روی یک چرخ باشد تا یک قاب، یک اونس تفاوت دارد؟
اینجاست که به لطف اینرسی، کمی پیچیده می شود. اینرسی مقاومت یک جسم در برابر تغییر در حرکت آن است - به همین دلیل است که برای شتاب دادن به دوچرخه حتی در یک جهان بدون اصطکاک تلاش می شود.
چرخ‌ها، دوچرخه و سوار همه اینرسی دارند، اما با چرخ‌ها این اثر بزرگتر می‌شود، زیرا آنها در حال چرخش هستند.
استیو ویلیامز، برترین مهندس دینامیک خودرو لوتوس، می‌گوید: «در مورد چرخ، چون جرم زیادی در اطراف رینگ توزیع شده است، در فاصله‌ای از مرکز چرخ، که به آن اینرسی می‌دهد. '
اینرسی اساساً به معنای مقاومت در برابر چرخش چرخ است. گاهی اوقات اینرسی چرخشی نامیده می شود، اما به طور دقیق تر، به عنوان یک لحظه اینرسی نامیده می شود.
ویلیامز می‌افزاید: «از آنجایی که دوچرخه روی چرخ‌هایش می‌چرخد، شما نه تنها باید آن جرم را سریعتر در هوا فشار دهید، بلکه باید چرخ را سریعتر دور بزنید. اینرسی چرخ در برابر افزایش سرعت چرخش مقاومت می کند.'
اما اینرسی با فاصله یک جرم از مرکز چرخش تعیین می شود: «لحظه اینرسی نتیجه جرمی در فاصله ای از محوری است که به دور آن می چرخد - در در مورد چرخ، فاصله جرم از محور دوک است.'
رسیدن به نقطه
همه این صحبت های علمی ما را به اصل موضوع می رساند. این کافی نیست که بگوییم یک چرخ سنگین بیشتر از یک قاب سنگین مانع است، زیرا همه چیز به این بستگی دارد که آن وزن در کجای چرخ توزیع شده است.
بیش از حد ساده است که بگوییم "یک پوند روی چرخ ها ارزش دو پوند روی قاب را دارد". پروفسور جیم پاپادوپولیس، نویسنده کتاب علوم دوچرخه‌سواری، می‌گوید: «مطمئن است که یک بیت جرم درست در محیط دو بار، مقداری جرم در مرکز اسپیکر 1.5 بار و مقداری جرم در مرکز شطرنجی محاسبه می‌شود. یک بار شمرد.'
بر این اساس، ما باید این عبارت را طوری تطبیق دهیم که بگوییم "یک پوند روی رینگ ها در هاب ارزش دو برابر است"، اما ویلیامز در لوتوس در مورد سود اعلام شده از رینگ های سبک تر شک دارد.
ما می بینیم که کاهش اینرسی چرخ تأثیر مفیدی بر کاهش جرم غیر چرخشی دارد، اما بسیار کوچک است. در حقیقت، جرم ذخیره شده از رینگ چرخ ها احتمالاً کمتر از 10٪ مفیدتر از همان جرم ذخیره شده از بقیه دوچرخه است.»
برخی از محاسبات بسیار پیچیده نشان می دهد که مزیت شتاب ناشی از برش وزن از رینگ چرخ ها 0.9٪ است، در مقابل 0.8٪ هنگام برش وزن از فریم.
اگر دستاوردهای حاصل از کاهش وزن جرم چرخان روی دوچرخه شما قابل بحث است، حوزه بعدی که باید در نظر بگیرید ژیروسکوپی است.
ارتقا به چند چرخ سبکتر با کمتر از 500 پوند
دریافت ژیروسکوپ با آن
ژیروسکوپ چرخ یا دیسکی است که به دور یک محور می چرخد به گونه ای که خود را تثبیت می کند. این به دلیل تأثیرات تکانه زاویه ای است - به عنوان مثال، هنگامی که نقطه بالایی چرخ شروع به پایین کشیدن آن به سمت راست می کند، زمانی که چرخ نیم دور چرخش را بچرخاند، همان نقطه چرخ وارونه می شود و ناگهان فشار می آورد. چرخ برگشت به سمت چپ
اثر ژیروسکوپی چرخش دلیلی است که باعث می‌شود چرخ‌های دوچرخه در حالت ایستاده قرار بگیرند.
از آنجایی که ژیروسکوپ بر اساس آن اصل اساسی نیروهای زاویه ای کار می کند، وزن در بیرونی ترین قسمت چرخ بیشترین تأثیر را بر نیروی تثبیت کننده چرخ دارد. بنابراین، اگر رینگ سنگین‌تر باشد، مطمئناً ممکن است چرخ را با نیروی قوی‌تری به سمت عقب براند؟
Ruina در دانشگاه کرنل تصویری مبهم از اجماع علمی ارائه می دهد: "یک پاسخ قطعی برای اینکه آیا لبه سنگین تر پایدارتر است وجود ندارد." اما به نظر می رسد روند این است که ژیروسکوپ بزرگتر پایدارتر احساس می شود.»
بنابراین نشان می دهد که یک رینگ سنگین تر، به جای چرخ سنگین تر، می تواند پایداری بیشتری ارائه دهد.
اما زاویه دیگری وجود دارد که باید در نظر گرفت. ویلیامز می‌گوید: «چرخ اینرسی بالاتر می‌تواند اثر ژیروسکوپی قوی‌تری داشته باشد، با این حال یک اثر ژیروسکوپی دوم وجود دارد - هرچه فرمان سریعتر هدایت شود، مقاومت ژیروسکوپی در برابر چرخش بیشتر است.بنابراین اینرسی بالا چرخاندن فرمان و تکیه دادن دوچرخه را دشوارتر می کند.'
رینگ سنگین شما را در حین سواری پایدارتر می کند، اما ممکن است نوع چابکی را قربانی کند که فرمان آزادتر و سریعتر ممکن است باعث شود.
با این حال، روینا کمی مخالف است. او می‌گوید: «اگر می‌گویید دوچرخه هنگام جابجایی خیلی سریع احساس می‌شود، تقریباً مطمئناً به هندسه دوچرخه و توزیع جرم در مجموعه فرمان مربوط می‌شود.»
«و به یاد داشته باشید، تأثیرگذارترین وزنی که در خم شدن به یک گوشه نقش دارد، شما هستید.»
در پایان، اگر شما سواری هستید که به دنبال بهبودهای جزئی در عملکرد کیت خود هستید، باید روی یافتن سبک ترین رینگ ها به جای سبک ترین چرخ کلی تمرکز کنید.
یا می توانید همان کاری را انجام دهید که بقیه ما انجام می دهیم و به دنبال آنهایی بروید که جذاب ترین به نظر می رسند.
