|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
TRANSPORT OSOBISTY: ZIEMIA, WODA, POWIETRZE
O wydajności roweru. Transport osobisty
Katalog / Transport osobisty: lądowy, wodny, powietrzny Sprawność roweru, zarówno biologiczna, jak i mechaniczna, jest bardzo wysoka. Naukowcy obliczyli, że pod względem ilości energii, jaką człowiek musi wydać na pokonanie danego dystansu, rower jest najbardziej wydajnym pojazdem samobieżnym. Z mechanicznego punktu widzenia aż 99% energii przekazywane jest z pedałów na koła, chociaż zastosowanie mechanizmu zmiany biegów może zmniejszyć tę ilość o 10-15%. Pod względem ładunku, jaki może unieść rower w stosunku do jego całkowitej masy, rower jest również najskuteczniejszym środkiem transportu ładunku. Efektywności energetycznej Osoba jadąca na rowerze z niską i średnią prędkością (16-24 km/h) zużywa tyle samo energii, co chodzenie, czyniąc rower najbardziej energooszczędnym środkiem transportu dostępnym dla społeczeństwa. Opór aerodynamiczny, który rośnie w przybliżeniu proporcjonalnie do kwadratu prędkości, wymaga większej mocy w stosunku do prędkości, ponieważ wraz ze wzrostem prędkości roweru wymagana moc rośnie w stosunku sześciennym, ponieważ moc jest równa czasom prędkości siła: P = F * v (ryc. 1.). Rower, w którym rowerzysta znajduje się w pozycji leżącej, nazywany jest ligradem (alternatywnie nazywanym leżącym), a jeśli rower ma owiewkę aerodynamiczną służącą do uzyskania bardzo niskiego oporu aerodynamicznego, nazywa się go streamlinerem. Wykres wymaganej mocy w stosunku do prędkości roweru
Na twardej, płaskiej powierzchni osoba o masie 70 kg potrzebuje około 30 watów energii, aby poruszać się z prędkością 5 km/h. Ta sama osoba na rowerze, poruszając się po tej samej powierzchni i zużywając tę samą moc, może poruszać się ze średnią prędkością 15 km/h, zatem zużycie energii w kcal/(kg*km) będzie około trzykrotnie mniejsze. Powszechnie używane są następujące liczby: 1.62 kJ/(km*kg) dla jazdy na rowerze, 3.78 kJ/(km*kg) przy chodzeniu/bieganiu, 16.96 kJ/(km*kg) do pływania. Rowerzyści rekreacyjni mogą zazwyczaj wytwarzać 3 W/kg przez ponad godzinę (np. około 210 W dla rowerzysty ważącego 70 kg), najlepsi amatorzy mogą osiągnąć 5 W/kg, a wyczynowi sportowcy mogą osiągnąć 6 W/kg w podobnych okresach. Wybitni kolarze sprinterscy na torze są w stanie na krótko osiągnąć szczytowy poziom mocy około 2000 watów, czyli ponad 25 W/kg; Wybitni kolarze szosowi mogą na krótko dostarczyć moc szczytową od 1600 W do 1700 W, aby natychmiast przekroczyć linię mety pod koniec pięciogodzinnego wyścigu szosowego. Nawet podczas poruszania się z umiarkowanymi prędkościami większość energii jest wydawana na pokonywanie oporu aerodynamicznego, który rośnie wraz z kwadratem prędkości. Zatem moc potrzebna do pokonania oporu powietrza rośnie proporcjonalnie do sześcianu prędkości. Typowe prędkości jazdy na rowerze Typowa prędkość rowerów waha się od 15 do 30 km/h. Na szybkim rowerze wyścigowym przeciętny kierowca może przez krótki czas jechać po płaskiej powierzchni z prędkością 50 km/h. Największa prędkość oficjalnie zarejestrowana dla pojazdu napędzanego siłą mięśni poruszającego się po płaskiej powierzchni przy bezwietrznej pogodzie i bez pomocy z zewnątrz (tzn. przed pojazdem nie jechał żaden samochód ani motocykl) wyniosła 133,284 km/h. Rekord ten został ustanowiony przez Sama Whittinghama w 2009 roku w Warnie. W 1989 roku podczas wyścigu Race Across America grupa pojazdów o napędzie mięśniowym przejechała Stany Zjednoczone w zaledwie 6 dni. Największa prędkość oficjalnie zarejestrowana podczas jazdy na rowerze z rowerzystą w normalnej pozycji pionowej, przy niezmienionych parametrach, wyniosła 82,52 km/h na dystansie ponad 200 metrów. Rekord ten został ustanowiony w 1986 roku przez Jima Glovera na rowerze Multon AM7 podczas Trzeciego Międzynarodowego Sympozjum Naukowego na temat pojazdów napędzanych mięśniami w Vancouver. Waga kontra moc Odbyły się duże zawody, których celem było zmniejszenie masy rowerów wyścigowych poprzez zastosowanie nowoczesnych materiałów i komponentów. Ponadto nowoczesne koła są wyposażone w łożyska o niskim tarciu i inne elementy zmniejszające opór, ale w przeprowadzonych testach elementy te miały niewielki wpływ na osiągi roweru podczas jazdy po płaskiej drodze. Na przykład zmniejszenie masy roweru o 0,45 kg będzie miało taki sam efekt w jeździe na czas na dystansie 40 km na płaskiej drodze, jak usunięcie wystającej części o powierzchni aerodynamicznej wielkości ołówka. Ponadto Międzynarodowa Unia Kolarska ustala limit minimalnej wagi roweru, który będzie dopuszczony do wyścigów, aby zniechęcić do tworzenia rowerów tak cienkich, że korzystanie z nich jest niebezpieczne. Z tego powodu przy opracowywaniu najnowszych modeli rowerów wszelkie wysiłki skupiały się na zmniejszeniu oporu aerodynamicznego poprzez zastosowanie aerodynamicznie ukształtowanych rurek, płaskich szprych w kołach oraz zastosowanie takiej kierownicy, aby pozycja tułowia i rąk rowerzysty miała minimalne właściwości aerodynamiczne ciągnąć. Zmiany te mogą znacząco wpłynąć na wydajność, skracając czas potrzebny na ukończenie kursu. Mniejsza waga oznacza dużą oszczędność czasu podczas jazdy pod górę w pagórkowatym terenie. Energia kinetyczna obracającego się koła Przyjrzyjmy się energii kinetycznej i „masom wirującym” roweru, aby zbadać wpływ energii obrotowej na porównanie z masami niewirującymi. Energia kinetyczna obiektu w ruchu translacyjnym jest określona wzorem E=0.5mV2 Gdzie E to energia w dżulach, m to masa w kilogramach, v to prędkość, m/s. W przypadku mas wirujących (na przykład koła) energię kinetyczną obrotu definiuje się jako E=0.5Iω2 Gdzie I to moment bezwładności, ω to prędkość kątowa w radianach na sekundę. Dla koła, którego cała masa znajduje się na zewnętrznej krawędzi (to przybliżenie stosujemy dla koła rowerowego), moment bezwładności będzie wynosił I=0.5mr2 Gdzie r jest promieniem w metrach. Prędkość kątowa jest powiązana z prędkością jazdy do przodu i promieniem opony. Jeżeli nie ma poślizgu, prędkość kątową wyznacza się ze wzoru: ω=v/T gdy wirujące masy poruszają się po drodze, całkowita energia kinetyczna jest równa sumie energii kinetycznej ruchu postępowego i obrotowego: E=0.5mV2 + 0.5Iω2 Podstawiając I i ω do poprzedniego wyrażenia, otrzymujemy E=0.5mV2 +0.5 mr2 *v2/r2 Wyrażenie r2 znosi się, w wyniku czego otrzymujemy wyrażenie E=0.5mV2 +0.5 mv2 = mw2 Innymi słowy, energia kinetyczna mas wirujących kół jest dwukrotnie większa niż energia nieruchomych mas roweru. Jest trochę prawdy w starym powiedzeniu: „Funt mniej masy koła jest równy 2 funtom mniej masy ramy”. Wszystko zależy oczywiście od tego, jak bardzo cienka obręcz jest zbliżona do koła rowerowego. W rzeczywistości cała masa nie może zostać skupiona w obręczy koła. Dla porównania drugim ekstremum byłoby koło, którego masa jest równomiernie rozłożona na całym dysku. W tym przypadku I = 0.5mr2, a zatem całkowita wynikająca energia kinetyczna staje się równa E = 0.5 mv2 +0.25 mv2 = 0.75 mV2. Zmniejszenie masy koła o jeden kilogram jest równoznaczne z zmniejszeniem masy ramy roweru o 1,5 kg. Większość prawdziwych kół rowerowych będzie znajdować się gdzieś pomiędzy tymi dwoma skrajnościami. Innym ciekawym wnioskiem z tego równania jest to, że w przypadku kół roweru, które nie ślizgają się podczas ruchu, energia kinetyczna nie zależy od ich promienia. Inaczej mówiąc, zaletą kół 650 mm jest ich niska waga, a nie mniejsza średnica, jak się często twierdzi. Energia kinetyczna pozostałych mas wirujących na rowerze jest bardzo mała w porównaniu z energią kinetyczną kół. Na przykład, jeśli pedałujesz z prędkością około 1/5 prędkości kół, wówczas ich energia kinetyczna będzie wynosić około 1/25 (na jednostkę masy) energii kół. Ponieważ ich środek masy porusza się po mniejszym promieniu, ich energia zmniejsza się jeszcze bardziej. Konwertuj na kilokalorie Zakładając, że wirujące koło można traktować jako sumę mas felgi i opony plus kolejne 2/3 masy szprych, wszystkie wyśrodkowane na feldze/oponach. Dla rowerzysty o masie 82 kg na rowerze o masie 8 kg (masa całkowita 90 kg) przy prędkości 40 km/h energia kinetyczna rowerzysty wyniesie 5625 dżuli plus 94 dżuli dla obracających się kół (1,5 kg to całkowita waga obręczy, opon i szprych). . Przeliczając dżule na kilokalorie (w tym celu należy pomnożyć dżule przez 0,0002389) otrzymujemy 1,4 Kcal (są to kalorie z pożywienia). To 1,4 kcal to energia potrzebna do przyspieszenia roweru od zatrzymania lub rozpraszana w postaci ciepła podczas hamowania aż do całkowitego zatrzymania. Te 1,4 kilokalorii wystarczy do ogrzania 1 kg wody o 1,4 stopnia Celsjusza. Ponieważ pojemność cieplna aluminium wynosi 21% pojemności cieplnej wody, ta ilość energii wystarczy, aby podczas szybkiego zatrzymania ogrzać 800-gramowe koła wykonane ze stopu aluminium o 8°C. Felgi nie nagrzewają się bardzo podczas postoju na płaskiej drodze. Do obliczenia zużycia energii przez rowerzystę przyjmuje się sprawność na poziomie 24%, co daje 5,8 kcal potrzebne do rozpędzenia roweru i rowerzysty do prędkości 40 km/h, co stanowi około 0,5% energii potrzebnej do jazdy z prędkością prędkość 40 km/h przez godzinę. Ten wydatek energii będzie następował przez 15 sekund, w tempie około 0,4 kcal na sekundę, podczas gdy stała jazda z prędkością 40 km/h wymaga 0,3 kcal na sekundę. Zalety lekkich kół Zaletą lekkich rowerów, a w szczególności lekkich kół, w stosunku do energii kinetycznej jest to, że energia kinetyczna zaczyna działać dopiero wtedy, gdy zmienia się prędkość roweru, zatem istnieją dwa przypadki, w których lekkie koła zapewniają przewagę: podczas sprintu i podczas negocjacji ciasne zakręty w kryterium. W sprincie na dystansie 250 m, poruszając się z prędkością od 36 do 47 km/h, z rowerem i sportowcem o masie 90 kg plus kolejne 1,75 kg masy koła (felgi, opony, szprychy) energia kinetyczna wzrasta o 6360 dżuli (6,4 kcal). Jeśli zmniejszymy całkowitą masę felg, opon i szprych o 500 g, ta energia kinetyczna zmniejszy się o 35 J (1 kcal = 1,163 watogodzina). Wpływ tej oszczędności na prędkość lub pokonany dystans jest dość trudny do obliczenia, wymaga znajomości mocy generowanej przez sportowca i długości dystansu sprintu. Obliczenia pokazują, że zmniejszenie ciężaru kół o 500 gramów zapewni sprinterowi przyrost czasu o 0,16 s i przyrost przebytej odległości o 188 cm.Jeśli koła są aerodynamiczne, przyrost wyniesie 0,05 km/h przy przy prędkości 40 km/h korzyści wynikające ze zmniejszenia masy będą znikome w porównaniu z korzyściami wynikającymi z aerodynamicznego kształtu kół. Dla porównania najlepsze aerodynamiczne koła rowerowe dają przyrost rzędu 0,6 km/h przy 40 km/h, dlatego w sprincie warto zastosować zestaw kół aerodynamicznych o masie 500 g lub mniejszej. W kryterium (wyścig grupowy na torze) kierowca często gwałtownie przyspiesza po każdym zakręcie. Jeśli rowerzysta musi hamować przed każdym zakrętem (zamiast jechać wybiegiem w celu zwolnienia), wówczas energia kinetyczna dodawana podczas każdego przyspieszania jest tracona w postaci ciepła podczas hamowania. W wyścigu kryterialnym na płaskim terenie z prędkością 40 km/h, o długości okrążenia 1 km i każdym okrążeniu składającym się z 4 zakrętów, utrata prędkości na każdym zakręcie wynosi 10 km/h. Czas trwania wyścigu to jedna godzina, waga zawodnika 80 kg, rower 6.5 kg, felgi, tarcze i szprychy ważą 1.75 kg, w tym wyścigu do pokonania będzie 160 zakrętów. Będzie to wymagało dodatkowych 387 kcal do 1100 kcal wymaganych do przejechania tego samego dystansu ze stałą prędkością. Zmniejszenie masy koła o 500g zmniejszy całkowite zużycie energii przez organizm o 4,4 kcal. Jeśli dodanie dodatkowych 500 g ciężaru do kół spowodowałoby zmniejszenie oporu aerodynamicznego o 0,3% (co oznacza wzrost prędkości o 0,03 km/h przy jeździe z prędkością 40 km/h), wówczas kalorie wydane w celu zrekompensowania dodatkowego ciężaru zostałyby zrekompensowane poprzez zmniejszenie oporu aerodynamicznego. Kolejnym miejscem, w którym lekkie koła mogą być dużą zaletą, jest jazda pod górę. Można nawet usłyszeć takie sformułowanie jak „te koła dodały prędkość 0,5-1 km/h” itp. Ze wzoru na obliczenie mocy wynika, że 450 gramów zaoszczędzonej masy spowoduje wzrost prędkości o 0,1 km/h przy podjazd pod górę o nachyleniu 4° i nawet zaoszczędzone 1,8 kg wagi da lekkiemu sportowcowi wzrost prędkości jedynie o 0,4 km/h. Co zatem powoduje znaczące korzyści wynikające ze zmniejszenia masy koła? Niektórzy sugerują, że nie ma oszczędności, jest tylko „efekt placebo”. Sugerowano również, że zmiana prędkości przy każdym naciśnięciu pedału podczas jazdy pod górę wyjaśnia uzyskaną przewagę. Energia jest jednak oszczędzana podczas zmiany prędkości - w fazie pedałowania rower nieznacznie przyspiesza, podczas gdy energia kinetyczna gromadzi się, a w „martwych strefach”, gdy pedały przekraczają górny punkt skoku, rower zwalnia, tak że kinetyka energia zostaje przywrócona. Zatem zwiększenie masy wirującej może nieco zmniejszyć wahania prędkości roweru, ale nie zwiększa zapotrzebowania na dodatkową energię. Na lżejsze rowery łatwiej się wspinać, ale efekt „wirującej masy” jest problemem tylko podczas szybkiego przyspieszania i nawet wtedy jest niewielki. Wyjaśnienia Możliwe wyjaśnienia techniczne powszechnie deklarowanych zalet lekkich komponentów w ogóle, a w szczególności lekkich kół, są następujące: 1. Lekka waga wygrywa w wyścigach, w których występują znaczne podjazdy, ponieważ cięższe rowery nie są w stanie zrekompensować utraty energii podczas zjazdów lub jazdy po płaskim terenie: zawodnik na lżejszym rowerze po prostu płynie. Dodatkowo, jeśli po dojechaniu do mety dwóch identycznych kolarzy na rowerze ciężkim i lekkim jednocześnie dotrze do najniższego punktu, wówczas cała przewaga przypada na rower lekki. Inaczej jest w przypadku pagórkowatych prób czasowych (lub jazdy w pojedynkę), gdzie przewaga cięższych, ale bardziej aerodynamicznych kół z łatwością rekompensuje dystans stracony na podjazdach. 2. Lżejsze rowery wygrywają w sprintach, ponieważ łatwiej je przyspieszyć. Należy jednak pamiętać, że cięższe koła aerodynamiczne zapewniają znaczne korzyści przy zwiększaniu prędkości i przez większą część wyścigu sprinter nieznacznie przyspiesza, ale głównie poświęca cały wysiłek na pokonanie oporu aerodynamicznego. W wielu sytuacjach sprinterskich cięższe, ale bardziej aerodynamiczne koła mogą pomóc Ci wygrać. 3. Niska waga daje przewagę w kryterium ze względu na stałe przyspieszenie po każdym zakręcie. Cięższe, ale bardziej aerodynamiczne koła zapewniają niewielką przewagę, ponieważ rowerzyści przez większość czasu jeżdżą w grupie. Oszczędność energii dzięki lekkim kołom jest minimalna, ale może być większa, ponieważ mięśnie nóg muszą wkładać dodatkowy wysiłek przy każdym naciśnięciu pedałów. Istnieją dwa „nietechniczne” wyjaśnienia efektu lekkości. Po pierwsze, istnieje efekt placebo. Ponieważ rowerzysta czuje, że jeździ na lepszym (lekkim) rowerze, pedałuje mocniej i dzięki temu jedzie szybciej. Drugim, nietechnicznym wyjaśnieniem jest triumf nadziei nad doświadczeniem rowerzysty – ze względu na mniejszą wagę roweru jego prędkość nieznacznie wzrasta, ale rowerzysta ma wrażenie, że jedzie szybciej. Czasami wynika to z braku prawdziwych danych, na przykład gdy rowerzysta wspiął się na wzniesienie na swoim starym rowerze w ciągu dwóch godzin, ale zrobił to o 01:50 na swoim nowym rowerze. Czynniki takie jak dopasowanie rowerzysty do roweru podczas tych dwóch podjazdów, czy pogoda była upalna czy wietrzna, jaki kierunek wiał wiatr, jak czuł się rowerzysta itp. Nie są brane pod uwagę. Innym wyjaśnieniem mogą być oczywiście korzyści marketingowe związane z promowaniem utraty wagi. Ostatecznie argument „zwiększające zużycie energii przez mięśnie” jest jedynym, który może poprzeć deklarowane zalety lekkich kół w sytuacjach, w których potrzebne jest szybkie przyspieszenie. Argument ten dowodzi, że jeśli rowerzysta osiąga już granicę wysiłku przy każdym skoku lub naciśnięciu pedału, wówczas niewielka ilość dodatkowej mocy potrzebna do skompensowania dodatkowego ciężaru stanowiłaby znaczne obciążenie fizjologiczne. Nie jest jasne, czy to stwierdzenie jest prawdziwe, ale jest to jedyne wyjaśnienie deklarowanych korzyści wynikających ze zmniejszenia masy kół (w porównaniu ze zmniejszeniem masy reszty roweru). Dla tych przyspieszeń nie ma znaczenia, czy koła staną się o pół kilograma lżejsze, czy też waga roweru i zawodnik stanie się lżejszy o kilogram. Trudno dostrzec cud lekkich kół (w porównaniu z redukcją masy jakiejkolwiek innej części roweru).
▪ Grzałki PTC na olej napędowy
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ ultradźwiękowa magiczna różdżka ▪ Kawa zmniejsza ryzyko chorób wątroby ▪ Sterowniki do cyfrowego sterowania zasilaczami ▪ Tkanina przyszłości zmienia kształt i kolor ▪ Głowice magnetyczne polerowane zieloną herbatą
▪ część witryny Materiały referencyjne. Wybór artykułu ▪ artykuł Reakcja rozszczepienia. Historia i istota odkryć naukowych ▪ artykuł Który język programowania został nazwany na cześć serialu komediowego? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Senna egipska. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Radiotelefon ze stacji radiowej. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony