Мы положили конец спорам о великом колесе, выпустив учебники по естественным наукам
На рынке представлено ошеломляющее количество колес, большинство из которых обещают сделать вас быстрее и эффективнее. Многие придают большое значение тому, насколько они легкие, но редко объясняют, где на колесе находится большая часть массы: на ступице или на ободе?
Это заставило нас задуматься. Если бы у вас было два колеса с одинаковым общим весом и дизайном, но одно из них имело бы больший вес на ступице, а другое - на ободе, что сделало бы вас быстрее в ходе средней поездки? Пора снова выпустить старые учебники физики.
Начнем с инерции. Момент инерции работает по принципу, что массу, находящуюся дальше от центра вращения, вращать труднее, чем массу, находящуюся ближе к центру вращения. В велоспорте первое означает обод, второе - ступицу. Второй закон Ньютона относительно вращающихся объектов гласит: α=t/i, где α - ускорение вращения, t - чистый крутящий момент, а i - момент инерции. Другими словами, чем выше инерция, тем медленнее ускорение при том же крутящем моменте.
Марко Аркестейн, специалист по спорту и физическим упражнениям из Университета Аберистуита, предлагает другой способ понимания инерции: «Представьте себе фигуриста, вращающегося на месте с раскинутыми руками. Они вращаются вокруг средней точки тела - неподвижной части. Это их центр вращения. Прижимая руки к телу, они увеличивают скорость вращения. Что они делают, так это уменьшают массу, которая находится дальше всего от центра вращения, что снижает инерцию. Так как энергия в системе постоянна, то их угловая скорость увеличивается».
Короче говоря, кажется, что меньший вес на ободе равен более быстрому ускорению, потому что для достижения любой заданной скорости требуется меньше энергии. Вы можете увидеть преимущество этого, когда такой панчер, как Филипп Гилберт, совершает короткий подъем - сценарий, который был проверен на дороге. Менеджер по продукту Mavic, Максим Брунан, провел эксперимент, в ходе которого он добавил 50 г к двум комплектам колес - на ободе одного комплекта, на ступице другого - и получил мощность до 500 Вт на 10% уклоне и см. сколько времени им понадобилось, чтобы разогнаться до 20 км/ч. «Колесу с дополнительным весом обода потребовалось в пять раз больше времени, чтобы разогнаться до 20 км/ч, чем когда тот же обод использовался на плоской поверхности», - говорит он. «При использовании колес с дополнительным весом на ступице для достижения эквивалентной горизонтальной скорости потребовалось всего в четыре раза больше времени. По сути, на холмах инерция становится более важной». Французская команда также заметила, что на равнине «было легче поддерживать скорость», используя колеса с дополнительным весом на ободе.
Эффект маховика
Это подводит нас к эффекту маховика. Может ли более тяжелый обод передавать импульс для наездника, когда он набирает скорость, точно так же, как колесо локомотива передает импульс для парового двигателя? В 2005 году Ондрей Сосенка побил часовой рекорд, проехав 49,7 км. Чешский гонщик был одним из самых крупных гонщиков, когда-либо участвовавших в профессиональных гонках, весом 90 кг и ростом два метра. Его велосипед-рекордсмен весил 9,8 кг, включая заднее колесо весом 3,2 кг. Причина в том, что, по словам Сосенки, хотя более тяжелому колесу требуется больше времени для достижения максимальной скорости, на нем легче удержаться. С другой стороны, Эдди Меркс приложил большие усилия, чтобы сделать весь свой мотоцикл максимально легким во время гонок по трассе.
Так кто же прав? «В некоторых случаях немного более тяжелое колесо на ободе может привести к более быстрому времени, например, на плоской трассе», - говорит Пол Лью, директор по инновациям в Reynolds Wheels. «Это также может принести пользу велосипедисту, который тратит большую часть своей энергии на нажатие педали вниз. Более тяжелое колесо может помочь восполнить недостающую силу в задней и восходящей части каденса, перенося импульс колеса на ход вниз».
Так стоит ли сэру Брэду нагружать свой обод свинцом, пытаясь установить рекорд Hour в июне? А как насчет обычных гонщиков на дороге? «Хотя это правда, что немного более тяжелое колесо может привести к более быстрому времени на абсолютно плоской трассе, это исключение, а не правило», - говорит Лью. В большинстве дорожных поездок дополнительный вес окажется скорее препятствием, чем преимуществом: «В конечном счете, импульс, создаваемый колесом, используемым для создания эффекта маховика для увеличения скорости, дорого обходится велосипедисту. Велосипедист получит меньшую отдачу и выгоду, чем стоимость усилий. Затраты не превысят выгоду».
А как насчет колес меньшего размера?
Похоже, что эффект маховика тяжелых дисков приносит дивиденды только в очень специфических обстоятельствах, в то время как уменьшение веса дисков может иметь реальные преимущества при наборе высоты или ускорении. И поскольку инерция увеличивается по мере удаления массы от ступицы, есть ли аргумент в пользу того, чтобы все мы использовали колеса меньшего размера 650c вместо обычных 700c? Это была тенденция, наблюдаемая в триатлоне с начала до середины 1990-х годов, и исследования показали, что использование такого колеса позволяет снизить вес на 8%..
«Я думаю, что любое преимущество сводится на нет несколькими факторами, включая комфорт», - говорит Аркестейн. «Гудение от дороги более интенсивно из-за меньшего радиуса». Колесо 650c также должно вращаться больше, чем 700c (510 оборотов на километр по сравнению с примерно 475), что означает большее трение. «Крупный райдер будет чувствовать это жужжание еще сильнее из-за своего дополнительного веса», - продолжает Аркестейн. То, что ни один из них не принимает во внимание, конечно, аэродинамика. Более тяжелый обод может дать преимущества, если этот вес используется для создания лучшей формы для разрезания воздуха. «Если вы крупная машина и можете удерживать скорость на подъеме, более тяжелый обод не будет для вас недостатком, потому что вы получите больший аэродинамический эффект», - говорит Джонатан Дэй из Strada Handbuilt Wheels.«Однако, если вы худощавые 62 кг и преуспеваете в лазании, вам нужно что-то легкое на ободе, чтобы максимизировать вашу скорость в гору».
В конечном счете, у большинства людей нет выбора колес, подходящих для любого типа езды и дорожных условий. Таким образом, за исключением очень специфических обстоятельств и идеальных условий, более легкие диски, как правило, лучше подходят для максимальной скорости и удовольствия. И, несмотря на разрывающую легкие боль и потоки пота, это и есть езда на велосипеде.
