He tenido esta pregunta por un tiempo. Quiero saber cómo puedo bajar una colina lo más rápido que pueda. Entonces, me preguntaba si aumentar el peso de una bicicleta aumenta la velocidad en los tramos cuesta abajo, o ¿simplemente me ralentizará debido a la resistencia a la rodadura, el arrastre u otros factores?
Estoy hablando de largos tramos aquí, y largos, 10-30% de colinas. También he revisado la superficie de la carretera, y no hay curvas, y puedo ver fácilmente si llega el tráfico. De todos modos, rara vez se usa para el tráfico.
Gracias
EDITAR: También me gustaría tener en cuenta cosas como la resistencia a la rodadura en esta pregunta.
Respuestas:
Lo principal que debe tener en cuenta a la velocidad es la resistencia: la fuerza F sobre usted + bicicleta (masa m ) es:
F = ma = mg sen Q - F_d - F_rr
donde a es su aceleración, g es la aceleración debida a la gravedad y Q es el ángulo de la colina hacia la horizontal. F_d es la fuerza de arrastre que no escala con la masa. Intente soltar un globo y una pelota de fútbol (fútbol) del mismo tamaño y verá esto en acción. F_rr es la resistencia a la rodadura.
Arrastrar domina la resistencia a la rodadura a cualquier velocidad decente para una bicicleta bien configurada: más detalles de los que probablemente desee o un buen gráfico para que pueda descuidar la resistencia a la rodadura.
El peso tendrá un pequeño efecto en la resistencia a la rodadura y (suponiendo que no afecte a la sección transversal) ninguno en el arrastre, por lo que acelerará más rápido pero no mucho.
Es posible que desee experimentar: comience con algunas velocidades medidas sin carga adicional, luego pruebe la masa adicional y una carga ficticia del mismo volumen / forma / montaje de poliestireno o cartón.
El mayor efecto que tendrá será en el arrastre, por lo que lo primero que debe intentar es una mejor cirugía estética, no usar ropa flexible, etc.
Para velocidades realmente altas, el carenado es el camino a seguir: compare el récord de horas para un reclinado totalmente carenado (~ 92 km) con una bicicleta de carreras UCI (~ 52 km). No hay estadísticas que pueda encontrar específicamente para un montante con un carenado.
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Esto puede ser una física medio recordada que entra en juego aquí, pero he corrido amigos (sustancialmente más pesados) cuesta abajo donde han estado en bicicletas que deberían ser, en definitiva, más lentos que los míos, pero han ganado. ¿Podría entrar en juego el impulso sobre terreno más duro? Con eso, quiero decir que si un ciclista con un peso más pesado golpeara un golpe, o un agujero, etc., experimentarían una menor desaceleración debido a su mayor impulso en comparación con un ciclista con un peso más liviano.
En un vacío perfecto, por supuesto, la aceleración permanece en 9.81 m / s / sy, como tal, la masa no tendría impacto en la velocidad.
PD: intenté publicar esto en un comentario, pero todavía no tengo suficiente reputación.
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Si hubiera fricción, sería exactamente lo mismo (recuerda el trato del martillo y la pluma en la luna). Sin embargo, su arrastre neto no será realmente proporcional a su masa. La resistencia del aire no es proporcional en absoluto a su masa (aunque sí lo es el arrastre). Debido a esto, tendrá menos resistencia por kilogramo con más peso, lo que hará que vaya más rápido, sí.
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La respuesta aceptada dice que la resistencia no se escala con la masa. Cual es verdad. Pero el arrastre sí escala con el área frontal. Es justo suponer que los dos marcos están hechos del mismo material, por lo tanto, el marco más grande tiene un área frontal más grande.
En lugar de comparar globos y balones de fútbol del mismo tamaño, una comparación más apropiada es dos rocas de la misma densidad pero de diferentes tamaños.
La velocidad terminal es cuando la fuerza de gravedad es igual al arrastre.
Vea este enlace para el cálculo de la velocidad terminal Velocidad
terminal
En la ecuación, una vez que saque las constantes,
vterminal es proporcional a la raíz cuadrada (masa / área)
vterminal es proporcional a la raíz cuadrada (r al cubo / r al cuadrado)
vterminal es proporcional a la raíz cuadrada (r)
Entonces, a una densidad constante si doblas r, la velocidad terminal aumenta en 1.414 El
doble r es ocho veces la masa para solo 1.414 la velocidad terminal.
Arrastre proporcional a v al cuadrado es el arrastre real (juego de palabras)
Ahora imaginemos que podría duplicar su masa y mantener la misma área.
Vterminal es proporcional a la raíz cuadrada (masa / área)
vterminal es proporcional a la raíz cuadrada (masa / constante)
vterminal es proporcional a la raíz cuadrada (masa)
Si todo fue constante (incluyendo su área y resistencia a la rodadura)
Si aumentara la masa en 2, aumentaría la velocidad terminal en 1.414.
Si aumentara la masa en 4, aumentaría la velocidad terminal en 2.
La resistencia a la rodadura no es constante, por lo que sería menor que 1.414 y 2.
Digamos 180 libras de piloto y agregue 20 libras de plomo al cuadro, es decir, solo 5% cuesta abajo en una pendiente de
10 grados que es solo 0.846% - 40 mph versus 40.43 mph (sin tener en cuenta la resistencia a la rodadura).
Incluso las bicicletas de escalada están diseñadas para ser ligeras.
Básicamente, cuesta arriba pagar todo el peso y cuesta abajo solo obtienes crédito por la raíz cuadrada del peso.
Arrastre proporcional a v al cuadrado es el arrastre real
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La respuesta corta es sí . Ver la publicación de Chris para la respuesta larga.
La razón principal de esta "respuesta" es alentar una gran precaución .
Cuando era adolescente (en el milenio anterior), crecí en una zona montañosa. Había dos descensos que solíamos hacer regularmente: una carrera de dos millas desde la granja de mis amigos hasta la casa, y una colina empinada de una milla. Mi mejor momento para llegar a casa fue a las 2:11, con mucho pedaleo (no mencionaré pasar los autos). En la colina empinada nos agrietaríamos 1 minuto sin pedalear. El punto es que éramos jóvenes y estúpidos .
Recientemente, mi hermano conoció a algunos niños de edades similares, que estaban ansiosos por descender una colina seria que conocemos, lo más rápido posible. Aunque aconsejó no hacerlo, lo hicieron de todos modos. Uno se estrelló y se rompió el cráneo . Según nuestra propia experiencia en esa colina, habría estado haciendo unos 60 km / h. Solamente.
Usted menciona el 30% . Eso es empinado:
La parte empinada es donde el camino se pierde de vista.
El último punto de precaución es la estabilidad de la bicicleta y los frenos. Los frenos de bicicleta no están diseñados para esas velocidades . Y la geometría de su marco es un factor desconocido: ¿"obtendrá las oscilaciones"? La única forma de saberlo es hacerlo. El problema es que, si lo hace, lo más probable es que se bloquee. Dura .
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En un sentido práctico, el aumento de peso lo hará descender más rápido, por la misma razón que la disminución de peso lo hará subir más rápido
Vea esta calculadora interactiva . Si configura el gradiente en "-10", configure "Potencia P (vatios)" en 0.001 (es decir, casi cero):
Sin embargo, ese es un aumento bastante masivo de peso. Incrementar tanto su peso corporal sería "poco saludable", y aumentar el peso de la bicicleta probablemente influiría negativamente en el manejo.
Pequeños aumentos de peso (unos pocos kilogramos, etc.) aumentarán un poco su velocidad cuesta abajo ... pero probablemente sería mucho más productivo trabajar para reducir la resistencia aerodinámica.
Un ejemplo extremo sería una bicicleta reclinada (área frontal mucho más pequeña que una bicicleta de carretera típica, y puede tener una cubierta exterior para reducir aún más la resistencia), sin embargo, hay muchas otras formas de hacerlo, como adoptar posiciones bastante inseguras en la bicicleta o usar cascos con formas divertidas y más ropa aerodinámica (trajes de triatlón / timetrial)
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Si en cierto sentido. Es como si algunos esquiadores intentaran ganar más peso para obtener velocidad adicional. Pero sería difícil tener un buen control en comparación con cuando eras más ligero antes :)
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Como de costumbre, creo que la mejor manera de considerar esto es a través de la energía;
Al moverse desde el descanso en la cima de una colina (altura h), la conservación de la energía se aplica entre la energía potencial en la parte superior y la cinética en la parte inferior:
Mgh = MV ^ 2 + pérdidas (debido a la resistencia aerodinámica y de rodadura)
por lo tanto
V = sqrt (gh - pérdidas / M)
Como las pérdidas no son proporcionales a la masa, su factorización por masa reduce su influencia en la velocidad del piloto más pesado, independientemente de si se ha alcanzado o no la velocidad terminal.
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