Montar en un viento de frente más rápido que mi velocidad máxima, ¿cómo es posible?

Recientemente hemos tenido algunos vientos bastante fuertes aquí. Hoy, el pronóstico del tiempo dijo 20 mph a 30 mph, pero hace unas semanas las ráfagas supuestamente superaban los 40 mph. La dirección del pronóstico estaba dentro de unos pocos grados en mi cara en ambos casos. El día en que estuvo racheado a 40 mph (desde una línea de base de 30 mph), simplemente caminar contra el viento tomó un esfuerzo considerable la mayoría de las veces.

Incluso si permitimos que el viento se desvíe a lo largo de la carretera, tal vez podamos reducir un poco la velocidad del viento, pero aun así, estaba avanzando hacia el viento. Sé lo que se siente al andar a 30 mph en el piso, y 40 mph cuesta abajo (en el aire en calma).

Con estas velocidades, la resistencia a la rodadura debería ser irrelevante en comparación con la resistencia del aire, ¿no debería (especialmente porque estoy en barras planas)?

¿Cómo es posible avanzar lo suficiente en un viento de frente igual a su velocidad de conducción máxima para que pueda mantenerse erguido? Permite asumir una velocidad de avance de 5 mph en un viento de 30 mph (y en un terreno plano).

Puedes hacerlo, porque tu bicicleta está conectada al suelo.

El trabajo realizado al mover un objeto es proporcional a la distancia y la fuerza de resistencia (que consiste en la resistencia del aire y la resistencia a la rodadura para bicicletas). La resistencia del aire depende de la velocidad del aire (velocidad del terreno + velocidad del viento), pero la distancia depende solo de la velocidad del suelo. Ir más lento reduce la energía gastada, incluso cuando la velocidad del aire permanece alta.

Como ejemplo extremo, considérese de estar parado en el viento. No estás haciendo ningún trabajo, pero la velocidad de tu aire sigue siendo alta. Al ir contra el viento, pronto te encontrarás haciendo más trabajo. ¡Y cuando vas a favor del viento, estás haciendo un trabajo negativo!

Para los objetos no conectados a tierra las cosas se vuelven diferentes. Un globo con un viento de 40 MPH derivaría 40 Mph a favor del viento en las coordenadas del terreno y tendría que usar la misma potencia para permanecer en su lugar en las coordenadas del terreno que usaría para mover 40 Mph en el aire en calma.

Un ejemplo numérico puede ayudar. Conocemos la ecuación de potencia para bicicletas. Para una bicicleta en terreno plano, a una velocidad constante para que no haya aceleración o desaceleración, en condiciones de viento tranquilo, para los coeficientes de arrastre típicos y aerodinámicos de una bicicleta de barra plana (Crr ~ .005 y CdA ~ 0.4 m ^ 2) y una masa total de 85 kg, la potencia requerida para ir a 30 mph (13.33 m / s) es:

.005 * 85 * 9.8 * 15.56 + 0.5 * 1.2 * 0.4 * 13.33 ^ 3 = 625 vatios.

Sin embargo, ¿cuál sería la potencia requerida para viajar a 5 mph (2.22 m / s) en un viento en contra de 30 mph? En ese caso, la velocidad del aire será 13.33 + 2.22 = 15.56 m / s, pero la velocidad de avance será solo de 2.22 m / s.

.005 * 85 * 9.8 * 2.22 + 0.5 * 1.2 * 0.4 * (15.56 ^ 2) * 2.22 = 140 vatios.

Puedes hacer esto debido a los engranajes de la bicicleta. Cuando conduce a una velocidad de avance más lenta, si cambia a una velocidad más baja para mantener las RPM de su pedal igual, entonces la misma fuerza en los pedales produce un mayor empuje en el neumático. Incluso si no cambia, es más fácil producir una mayor fuerza en los pedales a menores RPM.

La fuerza de un ciclista generalmente se mide por la potencia que pueden producir. Potencia = Fuerza X Velocidad. En este caso, la velocidad se mide con respecto al suelo, porque el tren motriz de la bicicleta funciona empujando el suelo (a través del neumático trasero). Por lo tanto, si montar 30 MPH en aire en calma en un terreno plano, descuidando la resistencia a la rodadura, requiere 600 W de potencia, entonces se requerirá 5 MPH en un viento en contra de 25 MPH (la misma fuerza de arrastre) (5/30) * 600 = 100 W.

En parte se debe a la forma en que se mide la velocidad del viento. El estándar para la velocidad del viento es medirlo 10 metros sobre el nivel del suelo. Más cerca del suelo, se activa un efecto llamado efecto de límite y la velocidad del viento es más lenta (de hecho, la velocidad del viento en el terreno es efectivamente cero).

De acuerdo a este sitio , la velocidad del viento en una llanura cubierta de hierba se puede calcular como V = Vref ((H / Href) ^ 0.142). Para un Vref de 30 mph a un Href de 10m (disculpe las unidades mixtas, se eliminan porque la ecuación no tiene dimensiones), la velocidad del viento a 1m del suelo solo sería de 21 mph.

Sin embargo, el enlace también sugiere un valor exponencial de 0.333 en las afueras de una ciudad, o de 0.5 en una ciudad, que corresponde a velocidades de viento de 1 m de altura a 14 mph o 9.5 mph respectivamente.

Entonces, la respuesta a por qué todavía puede pedalear hacia adelante en un viento de frente a 30 mph cuando normalmente estaría en equilibrio pedaleando hacia adelante a 30 mph es que, en el caso del viento de frente, la velocidad real del viento medida en su posición de conducción solo será de 20 mph o menos .

Soy licenciado en ingeniería química y estudiamos esto no solo en el flujo de tuberías sino también en un lecho catalítico fluidizado y cuándo perderá el catalizador por la chimenea. En mis estudios de ingeniería química nunca hemos tratado la velocidad de las partículas frente a la velocidad del viento de manera diferente.

De acuerdo a Invariancia galileana Debes obtener la misma resistencia al viento en cualquier marco de referencia. Es solo relativo. Piensa en esto, estamos girando y girando alrededor del sol.

La resistencia al viento es la red. 30 mph en el aire en calma es exactamente igual a 5 mph en 25 a mph viento en la cabeza.

Engranajes hacen esto posible, pero esa no es la pregunta planteada. La pregunta es con respecto a la resistencia del viento solo hace:

30 mph (velocidad) + 0 mph (viento) = 5 mph (velocidad) + 25 mph (viento)

La respuesta es si son iguales. La prueba es la invariancia galileana.

Ponga 30,0 y 5,25 en este calculadora . Ambos conjuntos de números dan la misma velocidad relativa (30) y la misma WATTS.

Ciclismo FLO - Cómo afecta la velocidad al arrastre

Al calcular la resistencia, la velocidad no es simplemente la velocidad a la que   están viajando en su bicicleta. La velocidad es la combinación de la velocidad.   En la que viajas en tu bicicleta y la velocidad del viento.   Esta combinación de velocidades se conoce como velocidad relativa.
En este ejemplo, el ciclista está viajando a 15 mph y el viento es   Viajando en la dirección opuesta a 5 mph. La velocidad relativa   es por lo tanto igual a ...
Velocidad del jinete - viento de cabeza
(15 mph) - (-5 mph) = 20 mph

Fuerzas de arrastre en fórmulas

La potencia necesaria para superar la resistencia total es:
P = Ftotal v donde v: velocidad en m / s
La fórmula para la resistencia del aire se aplica estrictamente solo sin viento. Con cualquier viento, se debe tomar la suma vectorial de viento debido al movimiento de la bicicleta más viento verdadero en lugar de v;

Arrastrar (física)

se refiere a las fuerzas que actúan opuestas a la relativo movimiento de cualquier objeto   Moviéndose con respecto a un fluido circundante.

v es la velocidad del objeto relativo al fluido

Coeficiente de arrastre

u, es la velocidad de flujo del objeto relativo al fluido

proporcional al cuadrado de la velocidad relativa de flujo entre el   objeto y el fluido

Fuerza de arrastre

v es el Velocidad del cuerpo en relación con el fluido.

Fuerza de arrastre y coeficiente de arrastre

U es el Velocidad relativa del fluido con respecto a la partícula.

Si se cae una roca, la velocidad terminal de la gravedad debe ser exactamente la misma que la velocidad del viento de un ventilador que se necesita para mantenerla en el aire.

Si la tercera V en la potencia V³ es la velocidad de avance y no la velocidad relativa, no encuentro ninguna referencia que lo indique. Supongamos que es cierto:
V _s1 sigue siendo la velocidad
V _s2 es la velocidad en el viento
V _w es la velocidad del viento
V _s1 ^ 3 = (V _s2 + V _w ) * (V _s2 + V _w ) * V _s2
V _s1 ^ 3 = (V _s2 ^ 2 + 2 * V _s2 * V _w + V _w ^ 2) * V _s2
V _s1 ^ 3 = V _s2 ^ 3 + 2 * V _s2 ^ 2 * V _w + V _w ^ 2 * V _s2
si v _s1 = 30 y V _w = 25 entonces V _s2 = 16
Capaz de viajar 16 mph en una cabeza El viento de 25 mph no me parece correcto, pero ya no estoy tan seguro

La única diferencia posible es que el viento está ligeramente perturbado, por lo que tendrá alguna turbulencia. Pero incluso a una pequeña velocidad, se encuentra en un flujo turbulento (número de Reynolds).

Debido a la ráfaga y la naturaleza turbulenta del viento, se sentirá más rápido que la sensación de viajar en un aire en calma.

Supongamos que 30 mph netos son 600 vatios

• A 30 mph en marcha de 52 x 11.
  cadencia de 80
  Estoy entregando 600 vatios

• A 5 mph en engranaje de 26 x 33
  cadencia de 80
  Estoy entregando 600 vatios

Supongo que su pregunta es "¿Cómo es posible que todavía pueda andar erguido, aunque el viento en contra es mayor que mi velocidad máxima de conducción?"

La respuesta es:

• La ráfaga / viento no siempre está en dirección constante, y ciertamente no es un flujo constante (velocidad). Así que la velocidad promedio de viento en contra es menor de lo que supondrías. Esto es especialmente cierto cuando estás en un área urbana, cuando la dirección del viento cambia constantemente.
• Incluso si hay un viento en contra constante de 30 mph (su velocidad máxima de conducción), su velocidad no irá repentinamente a cero. Su velocidad disminuirá gradualmente, desde la velocidad de usted y su bicicleta justo antes de la ráfaga, hasta que llegue a cero. La analogía con esta situación es cuando conduce a una velocidad constante de 30 mph y deja de pedalear.

Entonces, para resumir, la velocidad promedio del viento no tiene suficiente resistencia (fuerza) para anular la velocidad de usted y de su bicicleta, que se "repone" constantemente por su pedaleo.