همه ما در شیب های 20٪، 25٪، حتی 30٪ تلاش کرده ایم. اما یک جاده قبل از اینکه با دوچرخه غیرقابل صعود باشد چقدر باید شیب دار باشد؟
چیز عجیبی است - تلاش ما برای تند بودن. شنیدن صدای سوارکارانی که به فتح کول های آلپ می بالند که بی وقفه به سمت آسمان در شیب 20 درصدی در طول چندین کیلومتر، یا میخ های تا 40 درصد در مرکز سنجاق سر می راندند.
اما به خاطر داشته باشید که شیب 100٪ فقط باعث ایجاد شیب 45 درجه می شود - یک متر عمودی برای یک متر افقی - مطمئناً شیب نزدیک به 100٪ غیرممکن نیست. آیا؟
تصمیم گرفتیم برای یافتن این موضوع به دنبال کارشناسان باشیم.
اول از همه. وقتی می‌گوییم «شیب‌ترین شیب»، در مورد آن میخ‌های عجیب در شیب جاده، یا سکوی عمودی یک نیمه لوله صحبت نمی‌کنیم.
ما فقط می‌توانیم یک شیب مداوم را در نظر بگیریم که یک دوچرخه‌سوار جاده می‌تواند برای مدت زمان معقولی تلاش کند.
رت آلن، استاد فیزیک در دانشگاه جنوب شرقی لوئیزیانا و وبلاگ نویس قدیمی مجله Wired، می گوید:عجیب است که قدرت عامل محدودکننده ای برای مقابله با شیب دارترین صعودها نیست.
"اگر به سرعت اهمیتی نمی دهید، می توانید تا زمانی که اصطکاک کافی وجود دارد، از هر شیبی با قدرت بسیار کم بالا بروید."
"به عنوان مثال، اگر از قرقره های کافی استفاده کنید، می توانید موتورهای کوچک کوچکی برای بالا بردن بار بسیار سنگین تهیه کنید."
اگر بتوانید نسبت دنده مناسبی را روی دوچرخه خود ایجاد کنید، حتی با یک توان خروجی کوچک می توانید از هر شیب بالا بروید - در تئوری.
واقعیت متفاوت است. نسبت دنده ای که به شما امکان می دهد از شیب های دیوانه وار بالا بروید، باید پاهای خود را دیوانه وار بچرخانید در حالی که فقط به جلو خزید. شما به زودی سرنگون خواهید شد.
Allain حداقل سرعتی را که می خواهید در یک صعود انجام دهید به عنوان سرعت پیاده روی یا حدود دو متر در ثانیه قرار می دهد. با محاسبات خود (که در اینجا کمی پیچیده تر از آن است) او حداکثر شیب را برای توان 422 وات با سرعت 2 متر بر ثانیه (4.5 مایل در ساعت) 40% قرار می دهد.
بنابراین 40٪ ممکن است جایی باشد که نیروی انسانی در یک شیب همتای خود را پیدا می کند - فراتر از آن شما می توانید راه بروید. اما برای کسانی از ما که کمتر به موارد عملی علاقه مندیم و بیشتر علاقه مند به اثبات این موضوع هستیم که نمی توان با شیب مغلوب شد، اگر آماده باشیم به اندازه کافی آهسته پیش برویم، باید بتوان از شیب بیش از 40 درصد بالا رفت.
آنچه ما می خواهیم بدانیم این است که قوانین فیزیک از چه زاویه ای مانع از صعود ما می شود بدون توجه به توان خروجی یا نسبت دنده.
تعادل اولویت ها
اگر بخواهیم از تپه‌ای که شیب‌دارتر و تندتر می‌شود سوار شویم، باید به نقطه‌ای برسیم که به سادگی به عقب برگردیم.
'اگر دوچرخه را به عنوان سه نقطه، مرکز جرم و دو نقطه تماس [چرخ ها] در نظر بگیرید، سپس اگر محور عمودی مرکز جرم از هر یک از این دو نقطه تماس فراتر رود، دوچرخه سر می زند. آلن می گوید.
Keith Bontrager، پیشگام در نقش مرکز ثقل [CG] در تناسب دوچرخه، توضیح می دهد، "پیدا کردن CG سوارکار با ابزارهای مکانیکی ساده نیست."
اما او CG یک سوارکار کوهنوردی را روی خط "2-3 سانتی متر پشت دوک پدال در موقعیت پدال ساعت نه" قرار می دهد.
براساس محاسبات خودمان (نسبتاً غیرعلمی) ما تصور می کنیم که یک سوارکار معمولی که به طور معمولی می نشیند، CG تقریباً 58 سانتی متر جلوتر و 120 سانتی متر بالاتر از نقطه ای که چرخ عقب با جاده برخورد می کند، خواهد داشت.
حالا، برای تعیین نقطه ای که سوارکار به عقب می افتد، باید کمی مثلثات انجام دهیم. (اگر علاقه دارید: زاویه شیب=90 - (Tan-1 (ارتفاع CG ÷ چرخ عقب تا CG افقی).
از آن، ما پاسخ نقطه اوج 25.8 درجه یا 48٪ را دریافت می کنیم. بنابراین، تندترین شیب مطلق تقریباً 48٪ است. یا هست؟
وقتی زاویه شیب دار می شود، بعید است که "به طور معمول" بنشینید. بونتراگر استدلال می کند: «سوار سوار با خم شدن به جلو در صعودهای بسیار شیب دار از واژگونی جلوگیری می کند. این برای سواران MTB معمول است.'
بنابراین ما بر اساس یک سوارکار که تا حد امکان از روی میله‌ها کشیده شده است، دوباره محاسبه کردیم و حداکثر شیب جدیدی را 41 درجه یا 86.9% یافتیم.
البته، خم شدن به جلو روی شیب، مقداری کشش را از لاستیک عقب حذف می کند و احتمالاً باعث می شود دوچرخه به طور هشدار دهنده ای از دامنه تپه سر بخورد. که ما را به محدودیت اصلی در تلاش برای شیب‌داری می‌رساند: کشش.
لیز خوردن
اصلاً برای حرکت با دوچرخه، برای مخالفت با حرکت لاستیک به اصطکاک نیاز دارید. با افزایش شیب، اصطکاک کاهش می یابد زیرا دو سطح با شدت کمتری به هم فشار می آورند. C
hristian Wurmbäck، مدیر محصول Continental، می‌گوید: «من می‌توانم بگویم که چسبندگی لاستیک اولین چیزی است که در شیب بسیار تند شکست می‌خورد.»
اما پیدا کردن نقطه عطف دقیق مشکل است. برای شروع، ما باید ضریب اصطکاک یک تایر را بدانیم – اساساً چقدر چسبنده است.
تعیین آن آسان نیست، همانطور که Wurmbäck توضیح می دهد: شما واقعا نمی توانید بگویید. بستگی به سطح دارد، خیس یا خشک بودن آن. این ایده که یک عدد وجود دارد که تسلط نظری را برای همه شرایط به دست می‌دهد - واقعاً وجود ندارد.»
بنابراین اگرچه واقعیت ممکن است پیچیده تر باشد، تخمین ها برای ضریب اصطکاک برای لاستیک خالص روی آسفالت از 0.3 روی بتن مرطوب تا 0.9 متفاوت است.
محاسبه پروفسور آلن، بر اساس ضریب اصطکاک تخمینی 0.8 (که او آن را "خوشبینانه" توصیف می کند) حداکثر زاویه ای را که کشش لاستیک تحمل می کند در 38.7 درجه یا حدود 80٪ قرار می دهد.
از دست دادن کنترل
در 80% که در حال حاضر کشش لاستیک ها را به اولین نقطه خرابی تبدیل می کند، اما این ممکن است هنوز یک برآورد بیش از حد از شیب احتمالی باشد. ضریب 0.8 به ایده لاستیک تمام لاستیکی متکی است که نادر است.
Wurmbäck می گوید: "ما می خواهیم لاستیک سفت تر و ماندگارتر از لاستیک خالص باشد." اگر لاستیک فوق‌العاده سفت دارید، به جاده هم نمی‌چسبد.»
علاوه بر این، شیب های بیش از 30 درصد اغلب به جای آسفالت به روکش بتنی نیاز دارند، که برای آن تخمین ها برای ضریب اصطکاک با لاستیک در هنگام حرکت به 0.6 نزدیک تر است.
با قرار دادن این رقم در معادله آلین، کشش ممکن است در 60٪ شکست بخورد. این بدون پرداختن به پیچیدگی‌های توزیع وزن بین چرخ‌ها، با توجه به موقعیت صعود رادیکالی که یک سوارکار باید اتخاذ کند، انجام می‌شود.
Wurmbäck می گوید: راه هایی برای افزایش شدید اصطکاک وجود دارد - مانند چسباندن روی سطح. اما به بیان کاربردی تر، شما می خواهید یک لاستیک گرم و سطح گرم، در یک روز گرم، با باد کمتر تایر با لاستیک پهن داشته باشید.'
علاوه بر ضریب، مساحت سطح نیز وجود دارد که توسط پروفایل تایر ایجاد می شود. اما احتمالاً به چند صفحه دیگر نیاز داریم تا حتی سطح آن را خراش دهیم.
بنابراین عوامل متعدد و نوسانی در محدود کردن شیب سرگیجه‌آورترین صعود چرخه ای نقش دارند. اما اگر دنده، قدرت و موقعیت بالا رفتن رادیکال شما به شما اجازه می دهد که از شیب 60 درصدی به سمت شمال بروید، احتمالاً می توانید انتظار داشته باشید که کشش شما هر لحظه شما را ناامید کند.
مگر اینکه یک قابلمه چسب دستی داشته باشید.
