Мы все с трудом преодолевали подъемы на 20%, 25%, даже 30%. Но насколько крутой должна быть дорога, чтобы по ней нельзя было проехать на велосипеде?
Странная вещь – наша погоня за крутизной. Часто можно услышать, как гонщики хвастаются покорением альпийских перевалов, которые безжалостно мчатся ввысь с уклоном 20 % на протяжении нескольких километров или пиками до 40 % в центре шпильки..
Но если учесть, что 100-процентный уклон обеспечивает уклон только в 45° - один метр по вертикали на один метр по горизонтали - наверняка, крутизна, приближающаяся к 100%, не будет невозможной для катания. Будет ли это?
Мы решили найти экспертов, чтобы выяснить это.
Сначала обо всем по порядку. Когда мы говорим «самый крутой уклон», мы не имеем в виду эти причудливые пики крутизны дороги или вертикальную платформу хаф-пайпа.
Мы можем рассматривать только постоянный наклон, по которому шоссейный велосипедист может пытаться ехать в течение разумного промежутка времени.
Как ни странно, мощность не является ограничивающим фактором при преодолении самых крутых подъемов, говорит Ретт Аллейн, профессор физики Университета Юго-Восточной Луизианы и давний блоггер журнала Wired.
«Если вас не волнует скорость, вы можете подняться по любому склону с очень небольшой силой, пока есть достаточное трение», - говорит он.
‘Например, вы можете получить крошечные двигатели для подъема очень тяжелого груза, если вы используете достаточное количество шкивов’
Если вы можете создать правильное передаточное число на своем велосипеде, то даже с мизерной выходной мощностью вы сможете преодолеть любой уклон – теоретически.
Реальность другая. Передаточное число, которое позволяло бы вам подниматься по безумно крутым склонам, требовало бы, чтобы вы крутили ногами как сумасшедшие, ползя только вперед. Ты бы скоро упал.
Аллен указывает минимальную скорость, с которой вы хотели бы преодолеть подъем, как скорость ходьбы, или около двух метров в секунду. По его расчетам (которые слишком запутаны, чтобы обсуждать их здесь), он определяет максимальный наклон для мощности 422 Вт при скорости 2 м/с (4,5 мили в час) как 40%.
Таким образом, 40% могут быть там, где человеческая сила находит себе применение в наклоне – дальше вы можете идти пешком. Но для тех из нас, кто менее заинтересован в практичности и больше заинтересован в доказательстве того, что мы не можем быть побеждены градиентом, должна быть возможность подняться по уклону более 40%, если мы готовы идти достаточно медленно.
Мы хотим знать, под каким углом законы физики не позволят нам подняться, независимо от выходной мощности или передаточного числа.
Балансировка приоритетов
Если бы мы поднимались на холм, который становился все круче и круче, должен был бы наступить момент, когда мы бы просто опрокинулись назад.
'Если вы возьмете велосипед как три точки, центр масс и две точки контакта [колеса], то, если вертикальная ось центра масс выходит за пределы любой из этих двух точек контакта, велосипед опрокинется., - говорит Аллен.
Кит Бонтрагер, пионер в области определения центра тяжести [ЦТ] при посадке велосипеда, объясняет: «Определить ЦТ велосипедиста с помощью механических средств непросто».
Но он поместил компьютерную графику скалолазного райдера на линию «2-3 см позади оси педали в положении педали на девять часов».
По нашим собственным (достаточно ненаучным) расчетам, мы считаем, что среднестатистический гонщик, сидящий нормально, будет иметь ЦТ примерно на 58 см впереди и на 120 см выше точки, где заднее колесо касается дороги.
Теперь, чтобы вычислить точку, в которой всадник упадет назад, мы должны провести небольшую тригонометрию. (Если интересно: угол наклона=90 – (Tan-1 (высота ЦТ ÷ заднее колесо до горизонтальной ЦТ).
Из этого мы получаем ответ о переломном моменте 25,8°, или 48%. Итак, абсолютный крутой градиент составляет жалкие 48%. Или это?
Когда угол становится крутым, вы вряд ли сядете «нормально». Бонтрагер утверждает: «Всадник предотвращает опрокидывание, наклоняясь вперед на очень крутых подъемах. Это обычное дело для райдеров MTB».
Поэтому мы пересчитали, исходя из того, что всадник максимально растянулся над рулем, и мы нашли новый максимальный угол наклона 41°, или 86,9%.
Конечно, такой большой наклон вперед на склоне уменьшит сцепление с задним колесом, что может привести к опасному скольжению велосипеда вниз по склону. Что подводит нас к главному ограничению в нашем стремлении к крутизне: тяге.
Скольжение соскальзывает
Чтобы вообще двигаться на велосипеде, вам нужно трение, противодействующее движению шины. По мере увеличения наклона трение уменьшается, поскольку две поверхности прижимаются друг к другу менее интенсивно под действием силы тяжести. С
hristian Wurmbäck, менеджер по продукции Continental, говорит: «Я бы сказал, что сцепление шины будет первым, что подведет на очень крутом уклоне».
Но найти точную точку невозврата сложно. Для начала нам нужно знать коэффициент трения шины - насколько она липкая.
Это нелегко определить, как объясняет Вурмбэк: «Вы не можете точно сказать. Это зависит от поверхности, влажная она или сухая. Идея о том, что есть одно число, которое дает теоретическую хватку для всех условий, на самом деле не существует».
Итак, хотя реальность может быть более сложной, оценки коэффициента трения для чистой резины на асфальте варьируются от 0,3 на мокром бетоне до 0,9.
Расчет профессора Аллена, основанный на оценочном коэффициенте трения 0,8 (который он описывает как «оптимистичный»), показывает, что максимальный угол, который допускает сцепление шин, составляет 38,7°, или около 80%.
Теряя хватку
При 80% это уже делает сцепление шин с дорогой первой точкой отказа, но это все еще может быть завышенной оценкой возможной крутизны. Коэффициент 0,8 основан на идее полностью резиновой шины, что встречается редко.
Wurmbäck говорит: «Мы хотим, чтобы шина была более жесткой и долговечной, чем чистая резина. Если у вас сверхжесткая шина, она также не будет цепляться за дорогу».
Более того, уклоны более 30% часто требуют бетонного покрытия, а не асфальта, для которого оценки коэффициента трения с резиной во время движения ближе к 0,6.
Возвращая эту цифру к уравнению Аллена, получается, что тяга может выйти из строя при 60%. Это не вдаваясь в сложности распределения веса между колесами, учитывая радикальное положение при подъеме, которое должен принять гонщик.
Вурмбэк говорит: «Есть способы значительно увеличить трение - например, нанести клей на поверхность. Но с практической точки зрения вам нужна теплая шина и теплая поверхность в жаркий день, с меньшим накачиванием шины с широкой шиной».
Помимо коэффициента, необходимо также учитывать площадь поверхности, создаваемую профилем шины. Но нам, вероятно, понадобится еще пара страниц, чтобы хотя бы поцарапать поверхность этой.
Таким образом, множество изменчивых факторов играют роль в ограничении крутизны самого головокружительного набора высоты. Но если ваша передача, мощность и радикальное положение при лазании позволяют вам двигаться к северу от уклона 60%, вы, вероятно, можете ожидать, что ваше сцепление подведет вас в любую секунду.
Если у вас нет под рукой банки с клеем.
