¿Por qué reducir el peso de la bicicleta tiene tanto impacto en las velocidades?

Estoy tratando de entender la física del peso de la bicicleta. Acabo de cambiar de una bicicleta de carretera de 11 kg a una de 8 kg (obviamente, hay muchos más factores y diferencias entre las 2 bicicletas además del peso), y he notado el beneficio de la reducción de peso. Sin embargo, no estoy seguro de entenderlo.

Digamos, por ejemplo, que mi peso combinado es 8 + 75 para un peso total de 83 kg. La diferencia entre esto y 86Kg es mínima, pero parece hacer una diferencia aparentemente más allá de lo que esperaría.

Suponiendo que pueda igualar el peso total llevando un paquete o un paquete de bidón / sillín particularmente pesado) de modo que el peso combinado pueda ser el mismo, ¿por qué la bicicleta más ligera siempre parece más rápida?

He leído algo sobre la masa rotacional, que parece indicar que no tiene nada que ver tanto con su peso combinado como se percibe a través de la gravedad, sino con el esfuerzo de elevación equivalente de las partes móviles, es decir, sus ruedas, y de hecho es el peso de la rueda el que es el factor principal porque en realidad tienes que levantar la mitad de la rueda para producir impulso hacia adelante. ¿Es esta una especie de efecto giroscópico por el cual cuanto más fácil es girar la rueda, más rápido vas?

Los dos principales "arrastres" en una bicicleta, en terreno llano, son la resistencia a la rodadura de los neumáticos y la resistencia al viento de la bicicleta y el ciclista.

En general, hasta cierto punto, un neumático con mayor presión tendrá menor resistencia a la rodadura, al igual que un neumático con una banda de rodadura más suave. El ancho de los neumáticos también figura, pero principalmente en términos de cómo influye en la presión y la banda de rodadura.

La resistencia al viento se ve afectada por el ancho de la llanta, el número de radios, el tamaño del tubo y la posición del conductor. En general, a medida que aumenta la "racismo" de una bicicleta, el ancho de los neumáticos y el número de radios disminuyen y la posición del conductor se vuelve más propensa (y, por lo tanto, más aerodinámica). El tamaño del tubo no tiende a variar mucho (y en realidad puede aumentar a medida que avanza acero-> aluminio-> carbono), pero ese efecto es leve y las diferencias sutiles en el diseño del cuadro pueden ser más significativas.

También puede haber cambios ergonómicos, por ejemplo, la posición de conducción más propensa, aunque más fatigante, a menudo es algo mejor para la salida de potencia máxima.

La calidad del rodamiento apenas figura en absoluto. Incluso los rodamientos de cheapo tienen pérdidas muy bajas, y la diferencia en la resistencia entre ellos y los rodamientos de primera línea probablemente no sea medible. (La mayor diferencia está en la durabilidad).

El peso de la bicicleta solo entra en la ecuación cuando uno debe "escalar" (y en un grado muy pequeño para la resistencia a la rodadura), pero por supuesto es raro tener una ruta que no suba / baje un 0.5% más o menos la mayor parte del tiempo . Ese 0.5% aumenta la potencia requerida para mantener una velocidad constante en aproximadamente un 10% en un curso de nivel muerto. Pero la diferencia de 3 kg entre las dos bicicletas anteriores equivaldría a una diferencia de potencia de aproximadamente 0.4% en esa pendiente de 0.5%.

Algunas de las físicas son simples. Para mover un objeto de masa m hacia arriba, una pendiente requiere una cantidad de trabajo proporcional al peso. Esta es la masa multiplicada por la aceleración gravitacional multiplicada por el desplazamiento W = mgd . Entonces, para la bicicleta más pesada, requiere más trabajo. También requiere más potencia promedio para levantarlo durante el mismo aumento en un conjunto de tiempo fijo.

Pero si en su experimento con los mismos pesos, este efecto físico no está allí, es solo percepción u otro fenómeno físico. También esto se limita a la escalada.

La aceleración angular de sus ruedas es un factor a medida que acelera. A medida que aplica el par para aumentar la velocidad angular de la rueda, el momento de inercia es un factor. Esto es básicamente una explicación de cuánta masa y qué tan lejos está del eje. Piense en un patinador que gira con los brazos extendidos y luego tira de ellos para que giren más rápido. La gravedad en las ruedas es una consideración separada, descrita anteriormente.

Otro fenómeno físico en juego podría ser la resistencia aerodinámica. En los modelos más simples, esto es proporcional al área de la sección transversal, la velocidad al cuadrado y el coeficiente de arrastre. Algunos dicen que una bicicleta más pesada con un mejor rendimiento aerodinámico tiene un rendimiento más eficiente en general. Dado el peso combinado con el piloto, esto podría ser cierto a velocidades suficientes.

Finalmente, podría haber una variedad de factores de ajuste en la bicicleta más ligera que lo hacen sentir más fácil y más eficiente para usted. Incluso puede ser que el ajuste lo coloque en una posición más ventajosa aerodinámicamente. Pero te sentirás mejor con una bicicleta bien ajustada.

Prueba la nueva bicicleta con las ruedas viejas y una bolsa cargada. Si todavía se siente más rápido, debe ser porque te queda mejor.

Lo siguiente es ciencia basura:

La fricción dinámica en las superficies en movimiento entra en juego: apostaría $ que los 8 kg tienen componentes de mejor calidad y, por lo tanto, soportan más que la bicicleta de 11 kg ..... Nada que ver con el peso, pero en el ciclismo, el peso y la calidad están inextricablemente vinculados

Las pérdidas mecánicas en el tren motriz de una bicicleta son pequeñas, y cuando corres rápido en el nivel, la mayor parte del trabajo es contra la resistencia del aire, lo que significa que solo obtienes la raíz cuadrada de la ganancia como un cambio de velocidad. Entonces, la diferencia entre una bicicleta bastante buena y una excelente en esta área será algo así como el sqrt de 1.01 ...

Los neumáticos son otro factor: definitivamente soy más rápido en mi bicicleta de carretera de fibra de carbono ligera que en mi bicicleta de transporte pesado de acero, pero la bicicleta de carretera tiene neumáticos ligeros de 23 mm a 110 psi, en comparación con neumáticos de 32 mm mucho más pesados ​​(resistentes a los pinchazos) a 80 psi en el viaje. bicicleta, así que sospecho que la mayor parte de la diferencia está en las ruedas (y una posición más aerodinámica en la bicicleta de carretera). - Johnny Oct 21 '13 a las 19:51

Semi basura. La bicicleta de cercanías puede tener neumáticos RR más altos, porque un corredor se arrancará por velocidad y un viajero por protección contra pinchazos y durabilidad de los neumáticos, pero cuando el diseño del neumático es el mismo, entonces más ancho es ¡MENOR resistencia a la rodadura!

La rigidez también influye. Cuanto más rígida sea el área de BB, menor será la pérdida de potencia en el marco flexible. Cuánto, no pude decir. Pero la reducción de la masa para escalar, la mayor rigidez y la menor fricción para aumentar la potencia de las ruedas combinadas probablemente se suman a algo notable

Sí, es algo que las revistas de bicicletas te dicen que es una razón para comprar a sus anunciantes bicicletas CF más caras. Pero las pruebas de laboratorio no lo han demostrado. De hecho, los cuadros más flexibles pueden ser más rápidos, especialmente en la escalada, porque el flex hace que el cuadro actúe como una transmisión de potencia de suavizado de muelles.

http://janheine.wordpress.com/2011/02/27/a-journey-of-discovery-part-5-frame-stiffness/

http://bikemagic.com/how-to/mountain-bike-maintenance/stiffness-and-the-sean-kelly-paradox.html

... Las bicicletas súper rígidas son excelentes para los velocistas de élite, pero para todos los demás es una pérdida de dinero costosa e incómoda.

La aceleración angular de sus ruedas es un factor a medida que acelera.

Es un factor, pero increíblemente pequeño. De todas las cosas estúpidas que los ciclistas creen sobre el rendimiento, la idea de que el peso de la rueda tiene un gran efecto es probablemente la más estúpida porque todos han visto evidencia de lo contrario. Cuando trabajas en tus descarriladores y giras los pedales, ¿hay alguna gran resistencia a la velocidad de la rueda? No, es instantáneo. Y si usa un par de guantes de cuero, puede detener una rueda que se mueve a las rpm durante 20 mph con un cepillo de sus manos. Ambas cosas se deben a que la energía requerida para hacer girar la rueda es pequeña. (Hay una fórmula para esto: ¡se suponía que la habías aprendido en la escuela secundaria!)

El peor caso para una rueda es que requiere el doble de energía de masa no giratoria para energía cinética. Entonces, para ruedas de 2 kg, un cuadro de 10 kg y un piloto de 50 kg, eso es de 4 a 10 a 50. Los efectos de la masa de la rueda se vuelven aún más pequeños si se considera un caso realista con fuerzas resistivas.

Estoy tratando de entender la física del peso de la bicicleta. Acabo de cambiar de una bicicleta de carretera de 11 kg a una de 8 kg (obviamente, hay muchos más factores y diferencias entre las 2 bicicletas además del peso) , y he notado el beneficio de la reducción de peso. Sin embargo, no estoy seguro de entenderlo.

..Así que no has notado una diferencia debido al peso en absoluto. Lo has asumido, porque eso es lo que el marketing de bicicletas te dice que hagas.

Supongo que experimentó una mezcla de placebo y resistencia a la reducción de la rodadura: los neumáticos del mismo ancho y categoría pueden variar en aproximadamente un 50% en RR.

En realidad no tiene un gran impacto en la velocidad. Tenga en cuenta que cuando conduce no se trata solo del peso de la bicicleta. También es el peso del jinete y lo que sea que lleves. Cuando agrega que perder algunas libras rara vez es más que una reducción de peso total del 5%, generalmente más como 1-2%.

Si crees que bajar una libra de una bicicleta hace una gran diferencia, la próxima vez que salgas a montar tira una botella de agua llena de tu bicicleta y ve si de repente te vuelves significativamente más rápido. No lo harás Los resultados de la carrera confirman esto. Eche un vistazo a la velocidad promedio del Tour de France 2012 y el Tour de France 1982. Durante esa brecha de 30 años, la bicicleta promedio bajó más de 6 libras (¡25-30%!) De peso, pero las velocidades promedio han aumentado menos de 1 mph. También tenga en cuenta que las bicicletas también se han vuelto más aerodinámicas, los equipos se han vuelto más coordinados en sus tácticas (gracias a radios y transmisiones de TV en vivo en los autos del equipo), los ciclistas ahora entrenan con mayor precisión (sin medidores de potencia en el '82) y los ciclistas vienen en el Tour descansaron mejor debido a un horario de carreras más corto.

Las bicicletas ligeras se sienten más ligeras en gran medida debido a un efecto placebo. Además, si una bicicleta es más rápida, es difícil decir si es porque es más liviana. La única forma de medir realmente eso sería tomar dos bicicletas absolutamente idénticas y agregar peso a una y luego hacer una prueba doble ciego con los datos capturados en un medidor de potencia. La gente ha hecho estos estudios y los resultados mostraron que el peso no es tan importante como la mayoría de nosotros cree que es.

Dicho todo esto, las bicicletas más ligeras son más divertidas. Ellos simplemente son. ;)