Wszyscy zmagaliśmy się ze stokami o nachyleniu 20%, 25%, a nawet 30%. Ale jak stroma musiałaby być droga, zanim nie da się jej pokonać rowerem?
To dziwna rzecz – nasze dążenie do stromości. Często można usłyszeć jeźdźców chwalących się podbojem alpejskich przełęczy, które bezlitośnie jadą w niebo z nachyleniem 20% przez kilka kilometrów lub skokami do 40% na środku nawrotu.
Ale pamiętając, że nachylenie 100% zapewnia tylko nachylenie 45° – jeden metr w pionie na metr w poziomie – z pewnością nachylenie zbliżone do 100% nie byłoby niemożliwe do jazdy. Czy tak?
Postanowiliśmy poszukać ekspertów, aby się tego dowiedzieć.
Najpierw najważniejsze. Kiedy mówimy o „najbardziej stromym nachyleniu”, nie mamy na myśli tych dziwacznych kolców na stromych drogach ani pionowej platformy half-pipe.
Możemy brać pod uwagę tylko uporczywe nachylenie, które rowerzysta szosowy może próbować jeździć przez rozsądny czas.
Co dziwne, moc nie jest czynnikiem ograniczającym pokonywanie najbardziej stromych podjazdów, mówi Rhett Allain, profesor fizyki na Uniwersytecie Południowo-Wschodniej Luizjany i wieloletni bloger magazynu Wired.
‘Jeśli nie zależy Ci na prędkości, możesz wspinać się po każdym wzniesieniu z bardzo małą mocą, o ile jest wystarczające tarcie”, mówi.
‘Na przykład, jeśli użyjesz wystarczającej liczby kół pasowych, możesz uzyskać malutkie silniki do podnoszenia bardzo ciężkich ładunków.”
Jeśli potrafisz stworzyć odpowiednie przełożenie na swoim rowerze, to nawet przy minimalnej mocy wyjściowej możesz wspinać się po każdym wzniesieniu – teoretycznie.
Rzeczywistość jest inna. Przełożenie, które pozwalało na wspinanie się po niesamowicie stromych zboczach, wymagałoby od ciebie kręcenia nogami jak szalony, a jednocześnie pełzania do przodu. Wkrótce się przewrócisz.
Allain określa minimalną prędkość, z jaką chcesz pokonać podjazd, jako prędkość marszu, czyli około dwóch metrów na sekundę. Według swoich obliczeń (które są nieco zbyt zawiłe, aby je tutaj omawiać), maksymalne nachylenie dla mocy 422 watów przy prędkości 2 m/s (4,5 mil na godzinę) wynosi 40%.
Więc 40% może znajdować się tam, gdzie siła ludzka znajduje swój odpowiednik w pochylni – poza tym równie dobrze możesz iść. Jednak ci z nas, którzy są mniej zainteresowani praktycznością, a bardziej zainteresowani udowodnieniem, że nie da się nas pokonać nachyleniem, muszą mieć możliwość pokonania nachylenia większego niż 40%, jeśli jesteśmy przygotowani na jazdę wystarczająco wolno.
Chcemy wiedzieć, pod jakim kątem prawa fizyki uniemożliwią nam wspinanie się bez względu na naszą moc wyjściową lub przełożenie.
Priorytety równoważenia
Gdybyśmy mieli wjechać na wzgórze, które staje się coraz bardziej strome, musi dojść do punktu, w którym po prostu przewrócilibyśmy się do tyłu.
'Jeśli weźmiesz rower jako trzy punkty, środek masy i dwa punkty styku [koła], to jeśli pionowa oś środka masy wyjdzie poza jeden z tych dwóch punktów styku, rower się przewróci, mówi Allain.
Keith Bontrager, pionier w roli środka ciężkości [CG] w dopasowaniu roweru, wyjaśnia: „Odnalezienie środka ciężkości rowerzysty za pomocą środków mechanicznych nie jest łatwe”.
Ale umieszcza CG wspinającego się jeźdźca na linii „2-3 cm za wrzecionem pedału w pozycji pedału na godzinie dziewiątej”.
Według naszych własnych (dość nienaukowych) obliczeń szacujemy, że przeciętny kierowca siedzący normalnie miałby środek ciężkości około 58 cm przed i 120 cm powyżej punktu, w którym tylne koło styka się z drogą.
Teraz, aby ustalić punkt, w którym jeździec upadnie do tyłu, musimy wykonać małą trygonometrię. (Jeśli jesteś zainteresowany: kąt nachylenia=90 – (Tan-1 (wysokość ŚG ÷ tylne koło do poziomego ŚG).
Na tej podstawie otrzymujemy odpowiedź, że punkt krytyczny wynosi 25,8°, czyli 48%. Więc proszę bardzo, absolutnie najbardziej stromy gradient to marne 48%. Czy to prawda?
Kiedy kąt staje się stromy, prawdopodobnie nie będziesz siedział „normalnie”. Bontrager argumentuje: „Kierowca zapobiega przewróceniu się, pochylając się do przodu na bardzo stromych podjazdach. Jest to typowe dla rowerzystów MTB.”
Więc dokonaliśmy ponownej kalkulacji, biorąc pod uwagę, że kolarz jest rozciągnięty nad kierownicami tak bardzo, jak to możliwe i znaleźliśmy nowe maksymalne nachylenie 41°, czyli 86,9%.
Oczywiście, pochylanie się tak daleko do przodu na pochyłości spowoduje utratę przyczepności tylnej opony, co może spowodować alarmujące zsunięcie się motocykla w dół zbocza. Co prowadzi nas do głównego ograniczenia w naszym dążeniu do stromości: trakcji.
Poślizg zsuwa się
Aby w ogóle poruszać się na rowerze, potrzebujesz tarcia, aby przeciwdziałać ruchowi opony. Wraz ze wzrostem nachylenia zmniejsza się tarcie, ponieważ dwie powierzchnie są ściskane ze sobą mniej intensywnie przez grawitację. C
hristian Wurmbäck, menedżer produktu w firmie Continental, mówi: „Powiedziałbym, że przyczepność opony będzie pierwszą rzeczą, która zawiedzie na bardzo stromym zboczu”.
Ale znalezienie dokładnego punktu krytycznego jest trudne. Na początek musimy znać współczynnik tarcia dla opony – zasadniczo jak jest lepka.
To nie jest łatwe do ustalenia, jak wyjaśnia Wurmbäck: „Nie możesz tak naprawdę powiedzieć. Zależy to od powierzchni, czy jest mokra czy sucha. Pomysł, że istnieje jedna liczba, która daje teoretyczny uchwyt na wszystkie warunki – tak naprawdę nie istnieje.”
Tak więc, chociaż rzeczywistość może być bardziej złożona, szacunki współczynnika tarcia dla czystej gumy na asfalcie wahają się od 0,3 na mokrym betonie do 0,9.
Wyliczenia profesora Allaina, oparte na szacowanym współczynniku tarcia wynoszącym 0,8 (który opisuje jako „optymistyczny”), określają maksymalny kąt, jaki może tolerować przyczepność opony, na 38,7°, czyli około 80%.
Utrata przyczepności
Przy 80% to już sprawia, że przyczepność opon jest pierwszym punktem awarii, ale nadal może to być przeszacowanie możliwej stromości. Współczynnik 0,8 opiera się na idei opony całkowicie gumowej, co jest rzadkością.
Wurmbäck mówi: „Chcemy, aby opona była sztywniejsza i trwalsza niż czysta guma. Jeśli masz bardzo sztywną oponę, nie trzyma się ona również drogi.”
Co więcej, pochyłości przekraczające 30% często wymagają nawierzchni betonowej, a nie asf altowej, dla której szacunkowy współczynnik tarcia z gumą jest bliższy 0,6 podczas ruchu.
Wprowadzając tę liczbę z powrotem do równania Allaina, przyczepność może zawieść przy 60%. To bez wchodzenia w złożoność rozkładu ciężaru między kołami, biorąc pod uwagę radykalną pozycję podjazdową, którą musi przyjąć rowerzysta.
Wurmbäck mówi: „Istnieją sposoby na drastyczne zwiększenie tarcia - na przykład nałożenie kleju na powierzchnię. Ale bardziej praktycznie, potrzebujesz ciepłej opony i ciepłej nawierzchni w upalny dzień, z mniejszym napompowaniem opony z szeroką oponą”.
Oprócz współczynnika należy również wziąć pod uwagę powierzchnię stworzoną przez profil opony. Ale prawdopodobnie potrzebowalibyśmy jeszcze kilku stron, aby nawet zarysować powierzchnię tego.
Tak więc wiele zmiennych czynników odgrywa rolę w ograniczaniu stromości najbardziej przyprawiającego o zawrót głowy podjazdu rowerowego. Ale jeśli Twoje przełożenie, moc i radykalna pozycja podjazdowa pozwolą Ci zejść na północ od nachylenia 60%, prawdopodobnie możesz oczekiwać, że przyczepność zawiedzie Cię w każdej chwili.
Chyba że masz pod ręką pojemnik z klejem.
