Вы думаете, что вы быстры, вы знаете, что могли бы быть быстрее, но какова самая высокая скорость физически возможная? Узнаем
Вот вы и мчитесь вниз с такой скоростью, как будто от этого зависела ваша жизнь. Сгорбившись над рулем, побелевшие костяшки пальцев сжимая капли, вы смотрите на свой велокомпьютер и видите, что цифра щелкает до 70 км/ч. О да, ты действительно летишь сейчас. Но прежде чем вы успеваете набрать скорость, дорожный знак сигнализирует о перекрестке впереди, и вы нажимаете на тормоз, чтобы безопасно остановиться.
Но что, если бы этого перекрестка не было? Что, если бы не было ни препятствий, ни поворотов, ни собак, бродящих по дороге, а склон был бы таким длинным, ровным и крутым, как только можно пожелать?
Как быстро вы могли ехать тогда? Давайте начнем отвечать на этот вопрос, взглянув на то, что вас сдерживает.
Жизнь – каша
«Это была бы предельная скорость», - объясняет Роб Китчинг, основатель онлайн-аэродинамической компании Cycling Power Lab. «С точки зрения езды на велосипеде, это точка, в которой объединенные тормозные силы аэродинамического сопротивления и сопротивления качению равны силам гравитации и выходной мощности».
Насколько сильно влияет гравитация, зависит от серьезности склона. «Если вы установите бесконечный наклон - другими словами, стену - не будет нагрузки на шины или конструкцию велосипеда», - говорит Ингмар Юнгникель, инженер по исследованиям и разработкам в Specialized.
'По сути, это сделало бы оба излишними, и вы бы прыгали с парашютом.'
Или, говоря более технически, «скоростные прыжки с парашютом», где цель состоит в том, чтобы достичь и поддерживать максимально возможную предельную скорость. Выбросьте человека из самолета животом вниз, и он разовьет скорость до 200 км/ч; головой вперед, и мы говорим о 250-300 км/ч; вперед головой и специальная обтекаемая одежда позволяет развивать скорость до 450 км/ч.
«Но это не езда на велосипеде, поэтому давайте проигнорируем это и воспользуемся настоящей дорогой», - продолжает Юнгникель. Сканируя улицы мира, Болдуин-стрит в Данидине, Новая Зеландия, имеет сомнительную честь быть самой крутой дорогой на планете с углом наклона 35-38°, в зависимости от того, кому вы верите.
«На уклоне этой дороги - но протяженностью более 350 м - при условии безветренной погоды и выходной мощности 400 Вт водитель в дорожном положении может развить скорость 89,48 миль в час [144 км/ч], - говорит Юнгникель.
Неплохая скорость, но все же почти на 80 км/ч меньше мирового рекорда скорости на скоростном спуске, установленного в прошлом году французом Эриком Бароне, когда он разогнался до 223,3 км/ч на заснеженной скоростной трассе Шабриер во французских Альпах в 2015 году.
Так, может быть, для уменьшения сопротивления качению наш склон должен иметь ледяную платформу? Не обязательно, согласно Jungnickel. «На таких скоростях сопротивление воздуха составляет около 99,5%.»
Это примерно 50% при движении со скоростью 12 км/ч. Сопротивление воздуха увеличивается по мере того, как вы едете быстрее, так какие методы должен использовать наш воображаемый велосипедист, чтобы достичь максимальной скорости и бросить вызов сопротивлению воздуха?
Держите это аэро
«Очевидно, что позиция важна», - говорит Юнгникель. «Поэтому я провел расчеты с гонщиком, оптимизированным для гонок на время, и, используя нашу удлиненную аналогию с Болдуин-стрит, гонщик мощностью 400 Вт мог развивать скорость 322 км/ч».
Когда Юнгникель говорит об оптимизации, он имеет в виду полное аэродинамическое меню. Это означает каплевидный шлем и положение, при котором хвост шлема естественным образом перетекает в гладкую обтекаемую заднюю часть.
Обтягивающий комбинезон также необходим для снижения сопротивления воздуха.
«На самом деле это жизненно важно», - говорит Роб Льюис, специалист по вычислительной гидродинамике TotalSim. «Тип материала, расположение швов и обработка поверхности имеют огромное значение. Вы могли бы говорить о 12-15% разнице сопротивления между хорошим и плохим костюмом».
Льюис также предполагает, что подтягивание носков как можно выше аэродинамически более эффективно, чем пинетки, в то время как узкий хват этих удлинителей аэродинамического руля также немного снижает сопротивление.
Вам также может понадобиться трубка каплевидной формы, потому что, как указано выше, она помогает уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления (CdA). Это включает в себя скользкость и размер объекта, а также его фронтальную площадь.
Физика говорит, что объект с нулевым коэффициентом сопротивления не может реально существовать на Земле - все имеет ту или иную форму сопротивления - но цифры могут быть очень низкими.
Каплевидный руль на топовом велосипеде, например, может регистрировать показатель 0,005. Это довольно аэродинамично.
CdA примеры элитных спортсменов, использующих грифы аэродинамической формы, могут достигать отметки 0,18-0,25 по сравнению с 0,25-0,30 у хорошего спортсмена-любителя.
Эта цифра становится еще более важной, если привести ее в соответствие с выходной мощностью. Когда немецкий профессионал Тони Мартин выиграл чемпионат мира по гонкам на время в Копенгагене в 2011 году, его выходная мощность и аэродинамическое сопротивление (выраженные в ваттах/м2 CdA) были рассчитаны как 2 089,
Это по сравнению с 1 943 для Брэдли Уиггинса на втором месте и 1 725 для Джейкоба Фульсанга на 10-м.
«Все гонщики могут работать над улучшением этого показателя», - говорит Китчинг. «Но также чрезвычайно важна для максимальной скорости плотность воздуха, которая явно хуже поддается контролю».
Выходит в эфир
На уровне моря и при температуре 15°C плотность воздуха составляет около 1,225 кг/м3. Однако такие факторы, как температура, атмосферное давление, влажность и высота над уровнем моря, влияют на плотность воздуха, причем плотность уменьшается по мере того, как вы находитесь выше.
«Вот почему такие гонщики, как Сэм Уиттингем, высоко поднимают голову, когда пытаются побить рекорды скорости на суше с участием человека», - добавляет Льюис.
И почему Феликс Баумгартнер взлетел в разреженный воздух стратосферы, прыгнув с парашютом со скоростью 1342 км/ч еще в 2012 году.
Канадец Уиттингем разогнался до невероятных 132,5 км/ч на ровной поверхности, хотя это все еще меньше мирового рекорда скорости с участием человека, установленного соотечественником Тоддом Рейхартом в сентябре прошлого года.
Reichart опередил остальных, разогнавшись до максимальной скорости 137,9 км/ч. Мы говорим «остальные», потому что Рейхарт зарегистрировал эту скорость на соревнованиях World Human Powered Speed Challenge на State Route 305 недалеко от Батл-Маунтин, штат Невада..
Соревнования проводятся в Неваде 16-й год подряд, и это объясняется двумя ключевыми факторами: это 1408 м над уровнем моря, поэтому плотность воздуха низкая, и трасса обеспечивает зону ускорения 8 км, ведущую к скоростная ловушка на 200 м.
Оба помогли Райхарту развить максимальную скорость, как и его транспортное средство - лежачий байк с обтекателями. «Я провел дальнейшие расчеты на Болдуин-стрит, - говорит Юнгникель, - и с полностью обтекаемым велосипедом конечная скорость составила бы 369 миль в час [594 км/ч]».
Было бы еще лучше, если бы вы могли что-то сделать с шинами, поскольку Jungnickel заявляет, что шины, торчащие наружу, создают большее сопротивление, чем все судно.
«Кроме того, при экстремальной выходной мощности вы в конечном итоге столкнетесь с максимальным сцеплением, которое могут обеспечить шины, что является функцией прижимной силы», - говорит он..
‘Тогда вы достигаете уловки-22. Вы можете добавить спойлеры для увеличения прижимной силы, которые добавляют сопротивление, что снова потребует большей мощности (и так далее). Помимо этого, я не думаю, что какие-либо структурные проблемы будут фактором, поскольку вы можете просто сделать велосипед более прочным, используя больше материала».
Вот и все. Чтобы достичь максимальной скорости почти в 600 км/ч, поручите Грэму Обри построить вам аэробайк Beastie, отправляйтесь в Новую Зеландию, попросите совет Данидина расширить Болдуин-стрит примерно до 10 км в длину и создать выходную мощность, подобную Тони Мартину. Просто…
