¿Cómo absorbe una bicicleta toda la energía al aterrizar desde una gran caída?

Hay innumerables videos que muestran a los ciclistas de BMX / freeride / downhill, etc. saltando y cayendo desde las alturas. Para el espectador no profesional, parecen imposibles de sobrevivir. Desde el punto de vista físico, la bicicleta llega al suelo con una energía cinética dada que depende de la altura de la caída y de la masa combinada del ciclista y la bicicleta. ¿Dónde se disipa toda esta energía? Supongo que la mayor parte de esta energía es absorbida en la bicicleta, y algo por el ciclista. ¿Cómo se distribuye esta energía en varios componentes de la bicicleta?

¡Física!
Aterrizar saltos grandes se trata de disipar la inercia que la vieja gravedad molesta ha creado en su viaje de regreso a la tierra. Cuanto mejor disipe esa inercia, mayores serán las posibilidades de que no se mate.
Hay varios factores en juego aquí:

• La transición del aterrizaje.
  El aterrizaje casi siempre está inclinado hacia abajo. Combine el impulso hacia adelante con una pendiente descendente y obtendrá un aterrizaje significativamente más suave que el que aterrizaría en un terreno plano. Esa es una de las principales razones por las que ves a los ciclistas lastimarse cuando sobrepasan una transición de aterrizaje.
• Suspensión.
  Un poco de suspensión es muy útil, y mucha suspensión va aún más lejos. La cantidad de amortiguación de impacto que proporcionará incluso una pulgada de elasticidad es enorme. Piénselo en términos de lo que se siente caer de espaldas sobre un colchón en lugar de caer de espaldas sobre hierba alta o nieve, la distancia es igual. La elasticidad de las superficies suaves disminuye su velocidad y disipa su inercia, que es lo que le impide abrirse la cabeza como lo haría en el concreto. Las bicicletas de gran éxito pueden tener 8 o 10 pulgadas (o más) de recorrido de suspensión. Son muchos viajes para disipar un impacto. Incluso los neumáticos proporcionan un poco de aplastamiento, lo cual es especialmente importante para los ciclistas de BMX (y también es por eso que los ciclistas rígidos de bicicleta de montaña tienden a usar neumáticos de mayor volumen).
• Aterrizaje adecuado (cómo aprovecha su bicicleta y la suspensión de la bicicleta)
  Observe cómo la mayoría de los pilotos aterrizarán la rueda trasera primero, especialmente en aterrizajes más planos, que son comunes en las pruebas y el BMX callejero. Esto reduce aún más el impacto porque el ciclista puede, de alguna manera, aprovechar el alcance de la parte delantera y trasera de la bicicleta en sucesión. Esto es efectivo tanto para bicicletas rígidas como suspendidas. Al aterrizar primero en la rueda trasera, puede usar la bicicleta como una especie de palanca, ya que absorbe parte del impacto y disminuye la velocidad de su cuerpo antes de que la rueda delantera aterrice. Esto se logra si su peso se equilibra correctamente al apoyarse contra los pedales y el manillar. El efecto es aún mayor para una bicicleta con suspensión. Cuando la rueda trasera golpea, el amortiguador trasero absorbe todo lo que puede, luego la rueda delantera baja y la horquilla absorbe aún más. Compare esto con el aterrizaje totalmente plano (ambas ruedas al mismo tiempo) donde la bicicleta proporcionará aproximadamente la misma suspensión que el recorrido promedio de la combinación de los amortiguadores delantero y trasero, o para una bicicleta rígida, solo tanto como los neumáticos daría (¡ay!) El aterrizaje de la rueda trasera primero no significa que obtenga el doble de recorrido, pero ciertamente le da a la bicicleta más tiempo para disipar la fuerza del aterrizaje.
• Rodillas y codos (incluso más suspensión)
  Realmente, esto incluye la mayoría de sus articulaciones, cualquier parte del cuerpo que pueda flexionarse y moverse para absorber el impacto. No se ven jinetes dando grandes saltos y aterrizando sentados. Eso es porque están usando sus brazos y piernas para soportar la mayor cantidad de impacto posible que la bicicleta no pudo.

Cuando combina todos estos elementos en armonía, tiene una cantidad de movimiento realmente sustancial, y aunque solo toma una fracción de segundo para realizar un gran salto, es tiempo suficiente para reducir la masa de un jinete y evitar que se convierta una mancha de grasa en la parte inferior de The Tooney Drop .

Mencionaste ENERGÍA CINÉTICA, que obviamente tiene que ir a algún lado. A veces tienes recepción, y la bicicleta llega a gran velocidad, pero a veces, como en la prueba de bicicleta, la bicicleta aterriza "plana" en concreto liso. A veces, también, los freeriders aterrizan en concreto plano a gran velocidad, y al menos el componente vertical de la energía cinética de la gota desaparece.

Yo diría que solo hay tres lugares donde esta energía puede ir:

1. La mayor parte se neutraliza por las fuerzas de desaceleración creadas por el jinete. Mientras más técnica y estilo, la mayor cantidad de energía puede ser absorbida. Por lo general, significa músculos extensores que realizan una contracción excéntrica (aplicando una fuerza mientras se estira, para desacelerar / oponerse al movimiento articular). Esto implica un gasto de energía por parte de las células musculares, que provienen de las calorías de los alimentos. Si la caída es alta, la mayoría de los pilotos de prueba prefieren aterrizar primero, por lo que tienen más tiempo para actuar con la misma fuerza y ​​más grupos musculares para actuar durante cada parte del aterrizaje (esto es muy rápido y tiene que ver con el bien habilidades ensayadas).
2. En una bicicleta con suspensión, MUCHA energía cinética podría "desaparecer" dentro de los amortiguadores debido al flujo viscoso de aceite a alta velocidad, lo que aumenta la temperatura del aceite. Las suspensiones modernas de viaje libre extremas de gran recorrido tienen una gran cantidad de aceite en el interior, trabajando con velocidades de flujo más bajas (orificios más grandes, agujeros de válvula más grandes) para que el aceite no alcance temperaturas demasiado altas.
3. Finalmente, la deformación de la interfaz neumático / terreno podría absorber mucha energía y disminuir la desaceleración máxima (impacto) de un aterrizaje. Un buen ejemplo de aterrizaje sería arena suave de playa, pasto y algunos tipos de lodo.

Es importante mencionar que los elementos rígidos de la bicicleta (cuadro, ruedas) no absorben la energía cinética, solo transmiten fuerzas a otro lugar. Además, solo para agregar a lo que @ jm2 dijo, las articulaciones solo transmiten las fuerzas y (afortunadamente) no absorben ninguna cantidad significativa de energía: la energía cinética de aterrizaje se ve afectada por la contracción muscular que actúa a través de la articulación.

Como ya se dijo en jm2 ... hay muchas razones por las que los ciclistas pueden tomar gotas más grandes. Sin embargo, como su pregunta era cómo se distribuye ...

Mire el brazo oscilante para ver un ejemplo ... el impacto vertical de la bicicleta hace que el soporte inferior trasero se mueva hacia arriba desde el punto de pivote en la manivela. Ese movimiento (fuerza) se redirige a la parte superior trasera y se transfiere al choque que absorbe la mayor parte de la fuerza antes de transferir finalmente la última cantidad al tubo del asiento en un ángulo perpendicular al conductor que no sube a través del conductor.

Es por eso que toda la fuerza no se coloca directamente sobre las piernas de los corredores.

La geometría es lo que divide la parte del león en choques de 10 pulgadas que le permiten al ciclista caer 20 pies sin destruir la bicicleta primero y luego quedarse con una cantidad mucho menor de energía para absorber sus piernas y brazos.