Koliko vremena zapravo štedi lakši bicikl?

Skini kilogram s bicikla i imat ćeš manje mase za nositi na svaki uspon. Koliko ćeš ranije završiti? Za jednog ilustrativnog biciklista ušteda od 1 kg na usponu dugom 10 km pri 7% vrijedi oko 27 sekundi. Na 10 km ravne ceste isti model daje manje od sekunde.

Rezultat ovisi o ruti, snazi koju održavaš i ukupnoj masi biciklista, bicikla i opreme. Istražit ćemo te ulazne podatke, izračunati njihove učinke kalkulatorom i razlikovati dobitak na jednom usponu od dobitka tijekom cijele utrke.

Počni od cijelog sustava

Bicikl od 9 kg koji postane bicikl od 8 kg lakši je za 11%. Dodaj biciklista od 75 kg s odjećom i opremom pa se ukupna masa mijenja s 84 kg na 83 kg: oko 1,2% manje ukupne mase.

To je masa koju kalkulator koristi. Pri usporedbi opreme zadrži istog biciklista i istu nošenu opremu te izvagaj oba bicikla spremna za vožnju. Masa okvira bez vilice, pedala ili dodataka ne daje takvu usporedbu.

Smanjenje mase za 1,2% ne znači izravno i 1,2% kraću vožnju. Gravitacija, otpor kotrljanja guma i otpor zraka različito opterećuju tvoju snagu. Korisno objašnjenje biciklističke snage Sveučilišta Waikato opisuje te sastavnice otpora i rastuću snagu potrebnu za svladavanje otpora zraka pri većim brzinama.

Istraži svoj uspon

Počni od poznatog uspona. Unesi duljinu ceste, prosječni nagib, masu opreme koju očekuješ uštedjeti i snagu koju možeš održavati. Zadani primjer drži sve osim mase nepromijenjenim: 84 kg prije, 83 kg poslije, uz 250 W na pedalama.

Dobiva se oko 43 min 46 s prije i 43 min 18 s poslije, odnosno ušteda od 27,4 sekunde prije zaokruživanja dvaju završnih vremena. Na tom nagibu cesta duga 10 km svladava oko 698 m visinske razlike.

Isprobaj svoj uspon

Koliko vremena možeš uštedjeti?

Usporedi dvije mase pri istoj snazi na ravnomjernom usponu. Unesi udaljenost duž ceste i njezin prosječni nagib.

Procjena za stalan nagib i snagu bez vjetra, uz iste gume i položaj na biciklu. Stvarni usponi uključuju promjene nagiba, vjetra, raspodjele napora i brzine.

Kako se dobiva procjena +

Kalkulator izjednačava snagu na stražnjem kotaču sa zahtjevima gravitacije, otpora kotrljanja i otpora zraka kako bi pronašao stalnu brzinu za svaku masu. Zatim dijeli udaljenost ceste tom brzinom.

P × η = m × g × (sin θ + Crr × cos θ) × v + ½ × ρ × CdA × v³

P označava snagu na pedalama, η učinkovitost pogona, m ukupnu masu, g iznosi 9,81 m/s², θ je arctan(nagib ÷ 100), v je brzina na cesti u m/s, a ρ gustoća zraka. Visinska razlika jednaka je udaljenosti ceste × sin θ.

Ovo je pojednostavljeni model stalne brzine koji koristi sastavnice otpora opisane u radu autora Martin i suradnici. Ubrzanje, zasebni gubici ležajeva kotača i vjetar nisu uključeni. Rezultat procjenjuje učinak promjene mase uz navedene pretpostavke.

Pokušaj mijenjati po jedan podatak. Prepolovi uštedu mase, zatim je vrati i udvostruči udaljenost. Promijeni nagib uz nepromijenjenu udaljenost. Tako ćeš lakše vidjeti koji je dio predložene nadogradnje važan na tvojim cestama.

Što donose 250 g, 500 g i 1 kg?

Ovo su rezultati kalkulatora za nekoliko ušteda mase opreme. Svaki scenarij počinje s 84 kg i koristi 250 W na 10 km ceste, uz zadane postavke otpora zraka, guma i pogona.

Tri stupca predstavljaju različite uspone: približno 300 m, 698 m i 1.191 m visinske razlike. Strmiji scenariji uključuju više uspona na istoj duljini ceste. Također imaju manje brzine, što mijenja odnos gravitacije i otpora zraka.

Na tom usponu od 7% smanjenje mase za 250 g štedi oko sedam sekundi. Ušteda od 500 g donosi oko četrnaest sekundi, a ušteda od 2 kg oko pedeset i pet sekundi. Opravdavaju li ti dobici nadogradnju, ovisi o cilju koji želiš postići.

Na ravnoj cesti dugoj 10 km smanjenje mase za 1 kg štedi oko 0,6 sekundi uz iste pretpostavke. Ta mala korist dolazi od manjeg otpora kotrljanja; na ravnom model nema gravitacijski trošak uspona.

Zašto tvoja snaga mijenja odgovor

Ponovi primjer od 10 km pri 7% s uštedom od 1 kg i promijeni samo snagu na pedalama. Procijenjena ušteda iznosi 35,2 sekunde pri 200 W, 27,4 sekunde pri 250 W i 22,1 sekundu pri 300 W.

Biciklistu s manjom snagom treba više vremena za uspon pa ista ušteda mase u ovom primjeru štedi više sekundi. Rezultat se mijenja i s početnom ukupnom masom. Pri procjeni kupnje koristi vlastitu održivu snagu i masu sustava spremnog za vožnju.

Za fizikalni osjećaj: podizanje 1 kg za 1.000 visinskih metara zahtijeva 9.810 džula gravitacijske energije. Uz stalnih 250 W na kotaču to odgovara približno 39 sekundi ako se računa samo gravitacija. Kalkulator uključuje otpor kotrljanja, otpor zraka i učinkovitost pogona pa njegov odgovor ovisi i o brzini kretanja.

Od vremena uspona do vremena završetka

Zadani primjer štedi oko 1,04% vremena na tom konkretnom usponu. Pretpostavimo da je taj uspon dio utrke koja inače traje četiri sata. Ako su svi ostali dijelovi vožnje nepromijenjeni, tih 27,4 sekunde iznosi oko 0,19% izvornog četverosatnog završnog vremena.

Ta je razlika važna kada se nadogradnja oglašava postotnim dobitkom. Utvrdi odnosi li se postotak na masu bicikla, ukupnu masu sustava, jedan uspon ili cijelu stazu.

Za rutu s više uspona možeš zasebno procijeniti svaki uspon i zbrojiti uštede tih odsječaka. Taj zbroj opisuje modelirani doprinos uspona. Cjelovita procjena završnog vremena mora uključiti i ravne dijelove, spustove, vjetar, raspodjelu napora, kočenje i sva zaustavljanja.

Ukupni uspon i prosječni nagib rute ne mogu obuhvatiti sve te čimbenike. Kalkulator predstavlja ravnomjeran odsječak ravne ili uzbrdne ceste. Istraži veličinu koristi od manje mase, a zatim razmisli koliki dio tvoje utrke ti uvjeti stvarno opisuju.

Odaberi snagu koju možeš razvijati pri kraju vožnje

Uspon odrađen u odmornom stanju i isti uspon nakon tri sata mogu zahtijevati drukčije unose snage. Tvoja krivulju snage pomaže prepoznati napor koji možeš održavati tijekom očekivanog trajanja. Tvoja otpornost na umor pomaže istražiti raspoloživu snagu nakon nakupljene vožnje.

U Peak Watts koristi te prikaze kako bi scenarij odgovarao tvojoj utrci. Zadržavanje iste snage izdvaja promjenu opreme. Ako se promijene i položaj, gume ili raspodjela napora, razlika između dviju stvarnih vožnji uključuje i te učinke.

Korisna je provjera ponoviti izračun uz malo manju i malo veću snagu. Raspon pokazuje koliko je procjena sekundi osjetljiva na tu pretpostavku. Jedan rezultat smatraj jednim scenarijem, a ne obećanim završnim vremenom.

Usporedi procijenjeni dobitak s troškom

Usporedi ukupnu cijenu predložene promjene sa sekundama na koje bi mogla utjecati na tvojoj ciljanoj ruti. Uključi dodatne dijelove ili servis i provjeri zadržava li nova konfiguracija potreban položaj, prijenosne omjere i postavke guma.

Kalkulator jednako tretira masu ušteđenu na okviru, kotačima ili drugoj opremi pri stalnoj brzini. Aerodinamički otpor i otpor kotrljanja zadržava nepromijenjenima. Promjena komponente koja mijenja ta svojstva zahtijeva širu usporedbu. Za istraživanje površine otpora pogledaj Kako izmjeriti CdA bez zračnog tunela.

Kalkulatorom stavi razliku u masi i puni trošak nadogradnje u kontekst. Nekoliko sekundi može biti važno na ciljanom usponu. Korisna je odluka vrijedi li baš taj dobitak za tvoju vožnju i budžet.

Izvori i napomene o modelu

Brojčani primjeri rezultati su pojednostavljenog kalkulatora u ovom članku. Zadani CdA, otpor kotrljanja, gustoća zraka i učinkovitost pogona ilustrativne su pretpostavke, a ne mjerenja određenog biciklista ili bicikla.

1. Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, Coggan AR. Validation of a Mathematical Model for Road Cycling Power. Journal of Applied Biomechanics. 1998;14(3):276–291. doi:10.1123/jab.14.3.276. Podloga za sastavnice otpora u kalkulatoru; kalkulator koristi pojednostavljenu verziju za stalnu brzinu.
2. Science Learning Hub, University of Waikato. Pedal power. Power, air drag and rolling resistance.