Położyliśmy kres wielkiej debacie na kole, wydając podręczniki naukowe
Na rynku dostępna jest oszałamiająca gama kół, z których większość zapewnia, że będziesz szybszy i bardziej wydajny. Wiele osób robi duże wrażenie na temat tego, jak lekkie są, ale rzadko wyjaśniają, gdzie na kole znajduje się większość masy: piasta czy felga?
To dało nam do myślenia. Gdybyś miał dwa koła o tej samej masie i konstrukcji, ale jedno miało większą wagę na piaście, a drugie na obręczy, co przyspieszyłoby przeciętną jazdę? Czas na ponowne wydanie starych podręczników do fizyki.
Zacznijmy od bezwładności. Moment bezwładności działa na zasadzie, że masa dalej od środka obrotu jest trudniejsza do obracania niż masa blisko środka obrotu. W kolarstwie oczywiście to pierwsze oznacza felgę, drugie piasty. Druga zasada ruchu Newtona, w odniesieniu do obracających się obiektów, mówi α=t/i, gdzie α jest przyspieszeniem obrotowym, t jest momentem obrotowym, a i jest momentem bezwładności. Innymi słowy, im wyższa bezwładność, tym wolniejsze przyspieszenie dla tego samego momentu obrotowego.
Marco Arkesteijn, naukowiec zajmujący się sportem i ćwiczeniami z Uniwersytetu Aberystwyth, przedstawia inny sposób zrozumienia bezwładności: „Pomyśl o łyżwiarce figurowej obracającej się w miejscu z rozłożonymi rękami. Obracają się wokół środka ciała – części, która jest nieruchoma. To jest ich środek obrotu. Wkładając ręce do ciała, zwiększą prędkość rotacji. To, co robią, to zmniejszanie masy najbardziej oddalonej od środka obrotu, co zmniejsza bezwładność. Ponieważ energia w układzie jest stała, wynika z tego, że ich prędkość kątowa wzrasta.”
W skrócie, wydaje się, że mniejszy ciężar na obręczy oznacza większe przyspieszenie, ponieważ wymaga mniej energii, aby osiągnąć daną prędkość. Widać korzyści z tego, gdy zawodnik, taki jak Philippe Gilbert, biegnie po krótkim podjeździe – scenariusz, który został zweryfikowany na drodze. Menedżer produktu Mavic, Maxime Brunand, przeprowadził eksperyment, w którym dodał 50 g do dwóch zestawów kół – na obręczy jednego zestawu, na piaście na drugim – i miał moc rowerzysty do 500 watów na 10% nachyleniu i zobacz ile czasu zajęło im osiągnięcie 20 km/h. „Koło z dodatkową masą obręczy potrzebowało pięć razy więcej czasu, aby osiągnąć 20 km/h, niż gdy ta sama obręcz była używana na płaskiej powierzchni”, mówi. „Korzystając z kół z dodaną wagą w piaście, osiągnięcie równoważnej prędkości poziomej zajęło tylko cztery razy więcej czasu. Zasadniczo, na wzgórzach bezwładność staje się ważniejsza”. Francuski zespół zauważył również, że na płaskim „łatwiej było utrzymać prędkość” przy użyciu kół z dodatkowym obciążeniem na obręczy.
Efekt koła zamachowego
To prowadzi nas do efektu koła zamachowego. Czy cięższa felga może nadawać pęd jeździecowi, gdy raz nabierze prędkości, tak jak koło lokomotywy niesie pęd silnikowi parowemu? Ondrej Sosenka pobił rekord godziny w 2005 roku, pokonując 49,7 km. Czeski zawodnik był jednym z największych kolarzy, którzy kiedykolwiek ścigali się profesjonalnie, przechylając szalę na 90 kg i mierząc dwa metry wzrostu. Jego bijący rekordy rower ważył 9,8 kg, wliczając w to tylne koło 3,2 kg – argumentował Sosenka, że podczas gdy cięższe koło potrzebowało więcej czasu na osiągnięcie maksymalnej prędkości, gdy już tam było, łatwiej było tam utrzymać. Z drugiej strony, Eddy Merckx dołożył wszelkich starań, aby cały swój rower był jak najlżejszy podczas wyścigów na torze.
Więc kto ma rację? „W niektórych przypadkach nieco cięższe koło na obręczy może skutkować szybszym czasem, na przykład na płaskiej trasie”, mówi Paul Lew, dyrektor ds. innowacji w Reynolds Wheels. „Może to również przynieść korzyści rowerzyście, który większość swojej energii wykorzystuje na dociskanie pedału. Cięższe koło może pomóc w uzupełnieniu brakującej siły w tylnej i górnej części kadencji, przenosząc pęd koła do suwu w dół.”
Więc czy warto sir Brad obciążać felgę ołowiem podczas próby bicia rekordu godzin w czerwcu? A co z normalnymi rowerzystami na szosie? „Chociaż to prawda, że nieco cięższe koło może skutkować szybszym czasem na całkowicie płaskiej trasie, jest to wyjątek, a nie reguła” – mówi Lew. Na większości przejażdżek po drogach dodatkowy ciężar okaże się raczej przeszkodą niż korzyścią: „Ostatecznie, pęd generowany przez koło wykorzystywane w celu wytworzenia efektu koła zamachowego w celu zwiększenia prędkości jest kosztem dla rowerzysty. Rowerzysta zda sobie sprawę z mniejszego zwrotu i korzyści niż koszt wysiłku. Koszt nie przeważy nad zyskiem”.
A co z mniejszymi kołami?
Wydaje się, że efekt koła zamachowego ciężkich felg opłaca się tylko w bardzo szczególnych okolicznościach, podczas gdy zmniejszenie masy felg może przynieść realne korzyści podczas wspinaczki lub przyspieszania. A ponieważ bezwładność wzrasta im dalej masa jest od piasty, czy istnieje argument, że wszyscy używamy mniejszych kół 650c zamiast zwykłych 700c? Był to trend obserwowany w triathlonie od początku do połowy lat 90., a badania wykazały zmniejszenie masy o 8% przy użyciu takiego koła.
„Myślę, że jakakolwiek korzyść jest niwelowana przez kilka czynników, w tym wygodę” – mówi Arkesteijn. „Szum z drogi jest bardziej intensywny ze względu na mniejszy promień”. Koło 650c musi również obracać się bardziej niż 700c (510 obrotów na kilometr w porównaniu do około 475), co oznacza większe tarcie. „Większy jeździec odczuje to jeszcze intensywniej ze względu na ich dodatkową wagę” – kontynuuje Arkesteijn. To, czego nic z tego nie bierze pod uwagę, to oczywiście aerodynamika. Cięższa obręcz może przynieść korzyści, jeśli ten ciężar zostanie wykorzystany do stworzenia lepszego kształtu do rzeźbienia w powietrzu. „Jeśli jesteś dużą jednostką i potrafisz utrzymać prędkość pod górę, cięższa felga będzie dla ciebie mniej niekorzystna, ponieważ będziesz cieszyć się lepszym efektem aerodynamicznym” – mówi Jonathan Day z Strada Handbuilt Wheels.„Jeśli jednak jesteś chudy 62 kg i świetnie się wspinasz, potrzebujesz czegoś lekkiego na obręczy, aby zmaksymalizować prędkość pod górę.”
Ostatecznie jednak większość ludzi nie ma wyboru kół pasujących do każdego rodzaju jazdy i warunków drogowych. Tak więc, z wyjątkiem bardzo szczególnych okoliczności i idealnych warunków, lżejsze felgi są generalnie lepsze dla maksymalizacji prędkości i przyjemności. I pomimo rozdzierającego płuca bólu i strumieni potu, na tym właśnie polega jazda na rowerze.
