На что влияет вес колеса велосипеда

Опубликовано: 25.04.2024

Как компоненты влияют на скорость велосипеда, или как обогнать шоссейник на МТБ

Попробовал собрать в одной статье, сколько можно выиграть в мощности на смене компонентов велосипеда и снаряжения. Измеримо - в ваттах энергии при езде. Насколько на скорость велосипедиста влияют вес, покрышки, втулки, сумки? Написано после того, как я поехал на бревет 300 км не на шоссейном велосипеде, а на МТБ с широкими покрышками для грунта. И в результате проехал эти 300 км по асфальту на полтора часа быстрее своего же лучшего времени на шоссейнике. Это было неожиданно. И захотелось понять - почему?

Как и во всём остальном, в теме мощности при езде на велосипеде присутствуют радикальные группировки. Одна сторона в ответ на вопросы о том, как человеку что-либо улучшить в своем велосипеде, пишет «ноги качай» или «жрать меньше надо». Конечно, послать и попытаться продемонстрировать своё «превосходство» - довольно типично для интернетиков (по крайней, мере русских). Но глупость тут в том, что это заявляется так, будто одно другому противоречит и стоит выбор — тренироваться или цепь смазать.
Другая крайность — это те люди, которые настолько увлечены "железками", их характеристиками и обзорами, что возникают серьезные сомнения в том, что они вообще катаются.

Ну а в этой статье у меня - грубые, но все же обоснованные прикидки где можно заметно выиграть по около-технический части на горном велосипеде, не сильно заморачиваясь. Скорость рассматриваю 30 км/ч - на которой я и ехалю. К каждой цифре дана ссылка на первоисточник. Кто хочет разобраться поподробнее - обращайтесь туда.

Про вес писать не хотел, но надо - именно этот параметр пытаются менять прежде всего. Ведь его очень легко измерить. Но в реальности вес оказывает намного меньшее значение, чем это кажется на интуитивном уровне!
Вот хорошая статья, посвященная влиянию веса на скорость - Из нее следует, что для длительного заезда в гористой местности (рассматривается Transcontinental Race) уменьшение общего веса (то есть велосипедист + велосипед + снаряжение) на 5 килограмм дает прирост средней скорости всего в 0.41 км/ч. На плоских участках прирост и вовсе равен всего 0.1 км/ч! Ну а вес самого велосипеда по сравнению с весом ездока и весом снаряжения довольно мал, из него очень мало что можно убрать.
Так что облегчать велосипед на длительные заезды не оправдывает вложений - цифры говорят об этом совершенно однозначно.

Мощность велосипедиста

Для того, чтобы представить, что означают на практике показатели мощности, сначала надо определить, какую вообще мощность выдает велосипедист. А потом уже соизмерить это с тем, что можно выиграть на железках.
Вот статья, посвященная мощности велосипедиста - В ней подсчитано, что самый дохлый, но гонщик, весом 75 кг на интервале в час выдает 200 ватт.
Более подробная таблица мощностей гонщиков разного уровня на дистанциях разной длительности приведена здесь - .
В таблице даны соотношения мощности к весу, и при пересчете из нее следует, что на продолжительной основе (более часа) выхлоп хорошо катающегося любителя - около 160-200 ватт. На более длительном заезде, очевидно, эти цифры будут куда меньше.

Теперь перейду к конкретным компонентам велосипеда.

Покрышки

Есть целый сайт, посвященный экспериментальным измерениям сопротивлению качению у самых разных покрышек - Измерения проводятся на ровной поверхности специального аппарата.

Эксперименты показывают, что разница между "худшей" и "лучшей" покрышкой достигает 20 ватт на колесо. То есть 40 ватт на велосипед (четверть того, что вообще может выдать любитель)! При этом все тестируемые покрышки, понятно дело, относятся к хорошему уровню известных производителей. А что там в стоке на дешевых великах стоит?
Но самое интересное тут вот что: резина, которая стоит у меня сейчас на шоссейнике (Durano Plus на давлении в 7 бар) дает сопротивление в 20.7 ватт. А та, что сейчас у меня же на байке (Race King Protection на 3 барах) - 16.8 ватт! Это я на своем конкретном примере. Но для меня это было открытием вот прямо при написании этого текста: неужели какие бы то ни было колёса шоссейника в принципе могут "жрать" на 8 ватт больше байка с жирными зубастыми покрыхами?!

Однако, физика все объясняет: накатистость покрышки при одинаковом давлении зависит от того, сколько материала деформируется, на какую величину, насколько этот материал податлив. Если резина гнется хуже (на более дешевых, а так же на более износостойких и защищенных от прокола) - сопротивление возрастает.
А еще вот что: при одинаковом давлении более широкие покрышки катят лучше, так как материал деформируется на меньшую величину (хотя, конечно, тут речь только про сопротивление качению, так как аэродинамического сопротивления более широкие покрышки дают больше).
Прошу заметить, что это всё только на ровной поверхности, а на неровной результат точно не измерить, и главную роль начинает играть баланс: на что больше уйдет энергии - на деформацию мягкой покрышки, или на подбрасывание всей массы велосипедиста вместе с велосипедом. Точно так же отдельную роль играет устойчивость к проколам - пускай антипрокольная защита ухудшает накат, но время потраченное на прокол может оказаться куда больше, чем выигрыш на накате.

Бескамерка

На том же сайте измерения показывают, что переход с покрышек с камерами на бескамерку дает 5 ватт на высоком давлении и 15 ватт на низком. Серьезные цифры! Источник: А еще бескамерка позволяет поставить покрышки с меньшей защитой от проколов (полагаясь на то, что проколы заделает герметик), т.е. более накатистые.

Размер колес

Данные о разнице в накате у колес диаметром 26" против 29" немного варьируются. Т.е. 29" всегда однозначно лучше катит, но насколько — не очень понятно.
Отталкиваться можно от этой статьи: В ней кроме всего прочего указывается, что на подъеме на скорости 20 км/ч у найнера тратится на 7.9 ватта меньше, чем у 26-го размера колес. Поскольку зависимость от скорости должна быть линейная, можно считать 12 ватт разницы на 30кмч. Это на твердом — асфальт или «гравий». На неровном покрытии измерить накат нереально, а основной выигрыш найнера теоретически должен быть за счет более эффективного перекатывания через мелкие неровности, а не от просто качения. Рискну предположить, что в результате выигрыш от увеличения размера колес до 29" должен быть сильно больше экспериментальных 12 ватт.

Втулки

Разница в сопротивлении между качественными втулками пренебрежимо мала, в пределах ватта (источник: Так что в плане наката большого смысла апгрейдиться на керамику нет. НО! Это если качественные втулки в хорошем состоянии. Если они уже поездили, туда что-то подзатекло, позаржавело, или там конусы перетянуты (очень частая картина на бюджетных байках в стоке!), то втулки могут сожрать огромное количество энергии! Ну и сколько жрут даже нормально настроенные дешманские втулки — никто не замерял.

Динамо втулка без нагрузки дает +0.5 ватта для SON, до +2 для Shimano. Со включенной фарой — 6-7 ватт. Не так уж много, зато светит. Источник:

Разные цепи дают до 2 ватт разброса. Источник:
А разница между разными смазками достигает 5 ватт. "Выиграла" цепь, особым образом вываренная в парафине. Есть энтузиасты, которые подобное делают дома в кастрюле на кухне, но далеко не все на такое готовы! К счастью, топовые смазки с "человеческим" способом нанесения не сильно отстают. Источник:
Но несмазанная цепь будет жрать намного больше! А если вместо смазки в цепи абразив, или если цепь подржавела в роликах… 15 ватт? 20?

Лежак

Одежда

Просто замена свободной майки на облегающую — и вы выигрываете 6 ватт! Источник:
А ведь, бывает, едешь в куртке от дождя, которая болтается, не облегает, а еще и расстегнута, потому что жарко. Сколько она жрет — страшно даже представить!

Сумки

Влиянию более и менее аэродинамичного способа упаковки снаряжения посвящена статья . Автор долго катался кругами с одним и тем же весом и постоянным выходом мощности (по датчику на педалях), но упакованным то в байкпакинг, то в ортлибы в разной комплектации, замеряя время в идентичных условиях и высчитывая среднее.
Получилось, что условные 100 километров с двумя задними ортлибами (что эквивалентно небольшим велоштанам) займут на 12 минут больше, чем то же, но с байкпакингом. По его прикидкам, использование ортлибов вместо байкпакинга аналогично добавлению 20 кг к общему грузу. И если пересчитать в ватты, то на 30 км/ч два отрлиба по сравнению с байкпакингом сжирает 13 ватт мощности. А на канале GCN в аэротрубе намеряли 20 ватт, но при скорости 40 км/ч, что примерно соответствует.

Итоги

Конечно, есть еще множество факторов, о которых я или не подумал, или их невозможно объективно измерить (например, мифическая "накатистая рама"). Кроме того, выбор конкретных компонентов и настройка велосипеда (удобство посадки, седла, руля) на дальних дистанциях серьезно сказывается на утомляемости - а значит, и самым непосредственным образом на выдаваемой ездоком мощности.

Но все же давайте просуммируем примерно то, что измерить можно:
- 40 ватт на выборе покрышек
- 5 ватт на установке бескамерки
- 40 ватт на установке лежака
- 10 ватт на одежде (просто снять куртку и штаны от дождя)

И вот уже получаем выигрыш в мощности на 95 ватт при планомерной пилёжке по шоссе. А ведь это половина той мощности, которую в принципе выдает велосипедист! А можно вытянуть и за сотню. Вот такой разброс!
А итог простой: “катящие” покрышки, лежак, обтягивающая одежда, качественные и хорошо обслуженные компоненты, оптимально выставленная посадка — и всё, МТБ валит по шоссе как шоссейник. Что я и ощутил на своем опыте.

Как и с автомобилями, для разных условий эксплуатации подходят разные модели велосипедов. Мало кому придет в голову ездить по Минску на квадроцикле или тракторе «Беларус», так же и вам не стоит выбирать для города модель, сделанную для бездорожья. Если мы выбираем велосипед для транспорта, а крутить педали мы будем своими любимыми ногами, в наших интересах подобрать такую модель, которая позволит тратить минимум усилий и времени на преодоление условных 10-15 километров до места назначения. От чего же зависит, устанете вы за поездку или наоборот зарядитесь энергией и хорошим настроением?

Тип колес

Несложно догадаться, что колеса — самые важные компоненты велосипеда. Во время движения значительная часть вашей энергии будет расходоваться на деформацию колес и трение их о дорогу, то есть на сопротивление качению.

Чем меньше это сопротивление, тем большее расстояние вы сможете проехать с одинаковыми усилиями или же потратите меньше сил на поездку на одно и то же расстояние. Вот что сказал бы нам парень, который в школе любил физику:

Чем больше диаметр колеса, тем лучше (тем меньше его сопротивление качению). Значит на типовых колесах городского велосипеда диаметром 28 дюймов ехать легче, чем на колесах меньшего диаметра (26-27.5 дюймов), характерных для внедорожных велосипедов.
Чем более гладкий рисунок протектора колеса, тем лучше (опять сопротивление качению). То есть покрышки с неглубоким протектором утомят вас меньше, чем «зубастые».

На твердой поверхности чем жестче колесо (чем больше воздуха можно в него закачать), тем лучше оно будет катиться. Каждый производитель велосипедных шин рекомендует определенное давление воздуха, при котором будет обеспечена оптимальная эффективность и безопасность езды. Как правило, рекомендованное давление для типовых шин городского велосипеда шириной 32 мм будет в среднем в два раза выше, чем для шин шириной 55 мм горного велосипеда. Поэтому и ехать на более узких колесах будет легче.
Чем меньше весит колесо, тем проще его раскрутить. В узких колесах очевидно меньше металла и резины, чем в широких такого же диаметра, поэтому весят они меньше, и вам будет проще набирать скорость. Кроме того, узкие колеса более отзывчивы в поворотах и у них меньше сопротивление воздуха.

Передаточное отношение

Для разных условий эксплуатации на велосипеды устаналивают передние и задние звезды разных размеров.

Чем меньше разница диаметров передней и задней звезды, тем легче крутить педали, но тем меньшую скорость может развить велосипед. Это удобно, если вы едете по бездорожью и вам важно хоть и медленно, но продвигаться вперед.

В городе вам важнее не опоздать на работу и не потратить на поездку половину дня. Поэтому на дороге с ровным асфальтом и тротуарной плиткой на горном велосипеде с небольшими звездами вам придется сильно попотеть, быстро крутя педали, чтобы развить нужную скорость.

Для городских поездок выбирайте модели с большей разницей между размерами передних и задних звезд, так вы сможете проехать больше с меньшими усилиями. Лучше всего подойдут модели с одношением диаметра передней звезды (звезд) к задней (задним) в диапазоне от 1:1 до 4:1. Для относительно ровных белорусских городов будет достаточно 3-8 передач, а если до места вашей работы меньше десяти километров, то скорее всего вам вообще подойдет односкоростной велосипед. Помните — чем проще, тем надежнее.

Жесткость конструкции

Чем жестче ваш велосипед, чем меньше энергии будет рассеиваться во время движения и тем эффективнее вы будете тратить силы.

Модель с двумя амортизаторами , какие ставят на велосипеды, например, для скоростного спуска с гор, в городе будет самой медленной и утомительной, а самым быстрым и эффективным будет велосипед вообще без амортизаторов, с классической жесткой вилкой .

Поверьте, современный городской велосипед с шириной шин 32-42мм обеспечит абсолютно достаточный комфорт для минских велодорожек и тротуаров, чтобы не использовать амортизаторы. Кроме того, хорошая амортизационная вилка, которая действительно будет гасить большинство ударов колеса о дорогу, обычно стоит как среднестатистический городской велосипед. А те вилки, что установлены на велосипедах ценой до 300-400 долларов, ничего, кроме лишнего веса, не добавляют.

Простота эксплуатации

Чем проще механизм, тем меньше вероятность того, что он сломается.

Амортизационная вилка требует регулярного обслуживания, иначе она может быстро выйти из строя, а преимуществ на городских улицах у нее нет.

Дисковые тормоза тоже требуют обслуживания, сложнее по конструкции и весят больше, чем ободные. Такие тормоза лучше подходят для сложных условий бездорожья, когда при съезде с холма вам нужно приложить большое усилие для остановки. Или если ваши колеса покрыты грязью, это помешает ободным тормозам работать эффективно. Но в городе, как правило, не бывает грязи на колесах или ухабистых скоростных спусков, поэтому ободные тромоза будут не хуже, но проще в обслуживании, дешевле и легче.

Если вы спортивный человек в самом расцвете сил, храните велосипед на автостоянке и на вашем пути не встречаются поздемные переходы или лестницы, вес велосипеда для вас не особо важен.

Для большинства же из нас, живущих в многоэтажках, слишком тяжелый велосипед может стать препятствием на пути к здоровому образу жизни. Если вы не хотите, чтобы велосипед превратился в дорогую вешалку — обращайте внимание на вес модели.

Самые тяжелые велосипеды из стали, они могут весить 18-20 кг. Масса велосипедов с рамами из алюминия — от 10 до 15 кг, в зависимости от веса остальных компонентов. Кроме того, велосипеды с такими рамами, как правило, самые жесткие и скоростные. Модели из углепластика самые легкие, в среднем от 8 кг до 12 кг, но и самые дорогие.

Что в итоге?

Если вы ищете велик для поездок по делам, на работу, прогулок по городским улицам и паркам, а за город вы будете выезжать только иногда, выбирайте велосипед с:

Для своей выпускной диссертации в Немецком физическом образовательном колледже (Кёльн) Peter Nilges (Петер Нильгес, Питер Нильджес) исследовал вопрос сопротивления качению. Как только стала развиваться спортивная дисциплина маунтинбайка, возникли горячие споры о важности выбора модели покрышки, её ширины и давления, так как возможная экономия затрачиваемой энергии была значительна. И как показывает исследование Peter Nilges , сопротивление при езде по пересечённой местности может отнимать до 50% общей энергии велосипедиста, затрачиваемой им на движение. Поэтому так важен вопрос, какие же характеристики покрышки позволяют снизить это сопротивление и привести к более быстрой езде.

Рисунок протектора крупный редкий или низкий гладкий?
Пятно касания узкое или широкое?
Давление высокое или низкое?

Мнения, конечно же, разделились. С одной стороны, многие гонщики кросс-кантри и марафонов по-прежнему «обувают» резину шириной 1,7″ и накачивают давление до 4 bar (около 57 PSI), что зачастую приводит к потере достаточной степени контакта с поверхностью на неровных спусках. С другой — немало ездоков пришли к выводу, что идеальными для них качествами обладают широкие покрышки, накачанные до небольшого давления. Но кто из них прав? До сих пор все ответы на подобные вопросы были чистой воды спекуляцией и высказыванием лишь собственного мнения, основанного на индивидуальных ощущениях. До настоящего момента не было экспериментально полученных данных по этому вопросу применительно к покрышкам для маунтинбайка.

Обратите, наконец, внимание на предоставленные ниже материалы, на основе которых вы можете принять решение, какую покрышку и с какими характеристиками вам надо выбрать для достижения наилучших результатов путём сведения к минимуму сопротивления качению.

Peter Nilges измерял сопротивление в разных условиях. В этом конкурсе участвовали три разных покрышки Schwalbe (Fast Fred, Racing Ralph и Albert brothers) трёх разных размеров и с четырьмя уровнями давления (1,5, 2, 3 и 4 bar — около 21, 28, 43 и 57 PSI соответственно). Тестовый полигон — участок апхила (подъема) 460 м длиной, с тремя идущими параллельно видами покрытия: дорожный асфальт, гравийная дорожка и покрытое травой поле. Затраченная энергия измерялась системой SRM. Скорость была выбрана в районе 9,5 км/ч, чтобы ликвидировать возможные ошибки, вносимые сопротивлением воздуха. Также была введена компенсирующая величина, учитывающая разный вес используемых покрышек. Для получения эталонных данных фирма Bohle (владелец торговой марки и производитель покрышек Schwalbe) измерила сопротивления на тестовом стенде. В основном данные, полученные по завершению полевых экспериментов, совпали с лабораторными.

Результаты не дают никаких поводов для разночтений. Как и ожидалось, наибольшее сопротивление имеет колесо при езде по неровной травянистой поверхности (например, поле или луг), затем идут гравий и обычная асфальтовая автодорога. Покрышки Albert brothers, обладая наиболее высоким и «грубым» протектором, «катили» хуже остальных на любом покрытии. Что достаточно интересно, покрытые ярко выраженными выступами Racing Ralph было легче раскрутить на дороге, чем полуслики Fast Fred; на пересечённой местности картина меняется на противоположную. Объяснение этому явлению может быть найдено в структуре корда и гибкости стенок покрышки (т.н. Evolution design). Выступы Racing Ralph заметно проминаются внутрь при качении, а по центру покрышки они стоят достаточно близко друг к другу, так что при проминании они начинают образовывать почти непрерывную полосу резины, касающуюся земли. Это позволяет покрышке катиться по ровной поверхности незаметно, в отличие от других, более «агрессивных» видов протектора, где между выступами имеются большие расстояния, и в каждом таком проёме колесо чуть-чуть «проваливается» лишь для того, чтобы через мгновение «забраться» на следующий выступ. В то же время степень неровности покрытия играет бóльшую роль, чем форма корда в покрышке. Чем тоньше стенка полуслика, тем легче покрышке адаптироваться к неровностям.

Какую роль играет ширина покрышки?

В тесте участвовали покрышки от 2″ до 2,4″, то есть 50-62 мм. Результаты могут не понравиться любителям узкой «резины». В то время как на асфальтовом покрытии разница между ними была невелика, на пересечённой местности широкая покрышка начинает заметно выигрывать. И чем менее ровная под ней поверхность, тем больше этот выигрыш, как показывают результаты, полученные на травяном покрытии. Взгляд на пятно контакта двух покрышек разной ширины приводит к выводу, что пятна эти почти одинаковы по площади, но разные по своей форме. Пятно широкой покрышки, естественно, шире, но короче, и в этом вся соль. Это значит, что замедляющий качение рычаг, сопротивление которого колесу надо преодолеть, также короче. К тому же, широкие покрышки обладают чуть большим диаметром, что также улучшает качение.

Данные рассматриваемого эксперимента по давлению говорят о вполне революционных выводах. На асфальте подход «чем больше, тем лучше» по-прежнему применим, о чём и говорит многолетняя практика дорожных гонок. Хорошо накаченное колесо даёт хорошее ускорение. До настоящего времени большинство гонщиков кросс-кантри также придерживались этой стратегии, переняв её без каких-либо изменений в свою сферу интересов.
Неверное решение! Как только вы съезжаете с дороги, сброс давления не только более-менее сохраняет сопротивление качению на прежнем уровне, как утверждают некоторые, но зачастую и уменьшает этот показатель! Это справедливо даже для покрытий с мелким гравием, и чем ухабистей становится путь, тем больше ощущается этот эффект, как показывают тестовые заезды по траве. Уменьшая давление с 4 до 1,5 bar (с 57 до 21 PSI), ездок может сэкономить около 20 W! Основная причина тому — непостоянство поверхности. Каждая кочка или ямка съедает немного той энергии, которая тратится на поступательное движение для подъёма велосипеда по этому короткому склону. Это эквивалентно небольшому участку апхила, на преодоление которого тратятся силы. Колесо с меньшим давлением легче приспосабливается к неровностям. В результате велосипеду и ездоку необходимо подниматься на меньшую высоту, и делать это с меньшей частотой. Сопротивление уменьшается, на движение затрачивается меньше энергии.
Исследование демонстрирует тот факт, что, применяя эти новые знания, в среднем можно сэкономить до 50 W (. ) при условии одинаковых маршрутов и скорости. Это разница между ездой на покрышках 2,4″ с давлением 1,5 bar (21 PSI) и 2,1″ с давлением 4 bar (57 PSI). Таким образом, в условиях реальной гонки правильно подобранная и накаченная покрышка даёт преимущество, измеряемое в минутах и метрах, а в результате влияет на место на пьедестале.

Что же всё это означает на практике? Только велосипедисты, ездящие преимущественно по дорогам с твёрдым покрытием, должны сильно накачивать свои колёса. И даже здесь увеличение давления выше определённого показателя уже не даёт выигрыша в «накате», в то время как комфорт субъективно начинает снижаться.

Лучшим протектором для автодорог следует признать гладкую резину либо продольный рисунок с близко расположенными друг к другу выступами. Даже если ширина на накат не влияет, из-за более высокого показателя «отработки» дорожных неровностей ездок должен отдать предпочтение более широкой покрышке.

Любой, кто хочет повысить свою скорость прохождения неровных участков трасс, должен снизить давление в колёсах. Чем более ухабистая дорога, тем сильнее ощущается рост скорости. В дополнение к этому повышаются сцепление с трассой и комфортность езды. Из-за тонкости своих стенок и общей гибкости полуслики являются лучшим начальным вариантом для уменьшения сопротивления качению при езде по пересечённой местности. Однако, при снижении давления в камерах растёт риск возникновения прокола. Сцепление полусликов с покрытием также не такое хорошее, как часто требуется. Поэтому ответом на вопрос, какая ширина резины лучше всех для кросс-кантри, является «широкая покрышка», причём как для улучшения сцепления, так и для уменьшения риска прокола.
Для гонок кросс-кантри и марафонов, которые лишь в небольшой степени включают в себя участки твёрдой поверхности, рекомендуется выбирать широкие покрышки и небольшое давление в камерах. Самым переоценённым фактором здесь является часто упоминаемый всеми дополнительный вес крупной резины. Для того чтобы раскрутить пару покрышек весом в 500 гр с 0 до 25 км/ч за 4 сек, требуется выдать дополнительной энергии всего на 4,2 W больше, чем с более лёгкой покрышкой. А вот экономия от такой толстой резины на травяном покрытии составляет уже 15,5 W, и это лишь на скорости 9,5 км/ч! Более того, снижение сопротивления качению даёт продолжительный эффект, в то время как лёгкость покрышки имеет значение лишь при ускорениях.

Если вы хотите ехать быстрее, для экономии энергии берите широкую покрышку. Общий вес велосипеда и гонщика сплющивает покрышку в точке соприкосновения с землёй (это называется «пятно контакта»). Узкие покрышки деформируются больше. Принимая давление в камерах одинаковым, площадь пятна контакта в зависимости от ширины покрышки не меняется. Однако меняется его форма. Пятно широкой покрышки становится шире, но короче, что уменьшает рычаг. Чем меньше рычаг в процессе качения, тем меньше сопротивление для более широкой покрышки.

Результаты исследования:
Сопротивление качению на травяном покрытии выше примерно в 6 раз по сравнению с асфальтом. Покрышка Albert brothers со своим наиболее выраженным протектором имеет наибольшее сопротивление на любом покрытии.
Сопротивление при движении по пересечённой местности уменьшается с ростом ширины резины, и уменьшается значительно. К примеру, на траве широкая покрышка требует на 15,41 W меньше энергии, чем её более узкий эквивалент.
На ухабистой грунтовой дороге уменьшение давления ведёт к снижению сопротивления. На травяном поле, например, сброс давления с 4 до 1,5 bar (с 57 до 21 PSI) приводит к экономии 18 W энергии.
На одной и той же трассе и при одинаковой скорости самая широкая покрышка при давлении 1,5 bar (21 PSI) экономит аж 50 W по сравнению с узкой резиной с давлением 4 bar (57 PSI).
До предела накаченная камера и узкая покрышка ушли в историю.
«Толстая» резина и малое давление — вот что ускоряет!

Тест-драйв велосипедной резины

Покрышка Albert brother
100%-ная покрышка для настоящего бездорожья с агрессивным протектором. Ширина от 2,1″ до 2,35″.
Покрышка Racing Ralph
Высокий проектор и мягкий корд для кросс-кантри и марафонов. Для несложных сухих трасс. Ширина от 2,1″ до 2,4″.
Покрышка Fast Fred
Очень лёгкий и гибкий полуслик для сухих покрытий. Ширина от 2,0″ до 2,35″.

Те люди, кто до сих пор предпочитает узкую резину с большим давлением (более 3 bar, или 43 PSI), понимают всё неправильно. Научное исследование несомненно доказало: кто стремится к скорости, тот должен пересесть на широкие покрышки с малым давлением в них. Узкие покрышки-«лезвия» шириной 1,7″, накаченные до 4 bar (57 PSI), могут получить выигрыш в скорости на ровном асфальте, ровном искусственном покрытии. В даунхилле это — гарантированная потеря управляемости. В двух словах: покрышки для кросс-кантри должны быть самыми широкими из возможных (учитывая ограничения рамы и вилки) и накачены до минимально необходимого давления (защита от проколов!). После этого колёса будут крутиться с наименьшим сопротивлением, вы будете получать дополнительный комфорт от езды и, что самое важное, безопасность.

Сколько атмосфер надо накачивать в велосипедную шину?

Асфальт
Высокое 4 bar. Не важно, выпуклый ли рисунок протектора (центральная дорожка или близко стоящие выступы).
Трава

Очень низкое 1,5 bar. Широкая (60-62 мм / 2,3″-2,4″). Гибкие стенки (полуслик).

Низкое 2 bar. Широкая (60-62 мм / 2,3″-2,4″). Гибкие стенки (полуслик).

Трудно найти оптимальное минимальное давление для езды по пересечённой местности, так как это зависит от многих других, не рассмотренных в этом исследовании факторов: вес велосипедиста, состояние покрытия, ширина обода, в конце концов, стиль управления велосипедом. Всё это также должно приниматься во внимание при принятии решения о выборе покрышки и приведении её в необходимое для соревнования состояние.

Механика велосипеда не так уж интуитивно понятна, как кажется на первый взгляд.

1)"Все знают", что колесо 28 дюймов катит лучше 26 дюймов, а 32 лучше 28. Почему? Ведь 26 легче.

2)Зачем гоняться за 10 граммами веса спиц? "Да отлей из фляжки 10 грамм воды и не парься". "Поставь колесо 20 дюймов и не выдумывай".

3)Почему, все-таки, на трубках вел ездит быстрее?

Сегодня я узнал ответы. Для этого надо считать центробежную силу, действующую на крутящиеся части вела. Она же, по закону сохранения энергии, не берется ниоткуда, верно? Ее же прилагает велосипедист, так же?

омега = 2 * Пи * (оборотов в секунду)

Сила = омега* омега*массу*радиус.

Получается, что при данной скорости, в колесе 28", хотя и больше радиус, но омега меньше по сравнению с 26" А значит, и раскрутить его легче.

Еще получается, что сбросив 100 грамм на радиусе 14 дюймов (на 40 кмч), получаем выигрыш сразу в 340 Ньютонов центробежной силы. При общих затратах порядка 1390 Н этот выигрыш легко заметить.

К чему же, получается, следует стремиться в первую очередь, если хотим получить максимальную скорость от вела ?

1) Обод. Чем больше диаметр, тем лучше. 32 лучше 28, 28 лучше 26. Вес обода - чем меньше, тем лучше.

2) Чем легче покрышка, тем лучше. 100 грамм разницы очень даже важны. Однотрубка имеет лучший вес чем камера+шина.

3) Спицы в принципе тоже важны, но меньше обода. Да и можно ли экономить на их весе? Они и так часто летят. Оно вам надо?

4) Втулка. Втулка тоже вращается. На ней звездочки, чем меньше диаметр их тем лучше. Чем меньше звездочек, чем легче они, тем тоже лучше.

Планетарка не даст разогнатся, т.к. весит 1.5 кг, и весь почти этот вес вращается. Прочь планетарки!

В аттаче однотрубка с вела ХВЗ , вес такой однотрубки 390 грамм, под Преста, виден рисунок протектора (подсветил лазерной линией).

Распределение произведения массы на радиус для этого колеса с однотрубкой примерно такое вышло:

11% спицы (около 200 грамм)

46% однотрубка (390 грамм)

39% обод (340 грамм)

2% втулка (передняя, около 300 грамм)

Какой будет центробежная сила для большой звездочки, шатунов и педалей? Момент инерции получается для звездочки шатунов и педалей, общей массой 1.5 кг, с радиусом 0.175 м, в районе 262 г*м, что примерно равно моменту инерции колеса на однотрубке 224 г*м.

Передаточное отношение, пусть 3.

Получается, что скорости вращения колеса и звездочки отличаются в три раза. В формулу центробежной силы входит омега квадрат, поэтому, если моменты инерции равны, то центробежная сила на колесе и на педалях будет отличаеться в 9 раз. Значит, масса педалей в 9 раз менее важна чем масса обода.

формула энергии вращательного движения

где Iz момент инерции тела, омега угловая скорость.

Формула центробежной силы

где Iz момент инерции, омега угловая скорость.

напоминает Дж. Свифта " Насчитывают до одиннадцати тысяч фанатиков , которые в течение этого времени пошли на казнь , лишь бы не разбивать яйца с острого конца . Были напечатаны сотни огромных томов , посвящённых этой полемике , но книги Тупоконечников давно запрещены , и вся партия лишена законом права занимать государственные должности ."

UPD 5. Нашел, что реальное пятно контакта слика с асфальтом состоит из мелких пятен, образованных неровностями асфальта.

1. The bicycle wheel Jobst Brandt

2. Любовицкий В.п. Гоночные велосипеды

3. Свифт Джонатан " Путешествия в некоторые удалённые страны мира в четырёх частях: сочинение Лемюэля Гулливера, сначала хирурга, а затем капитана нескольких кораблей"

Мифов о велосипедах существует очень много, они устойчиво закрепляются в головах райдеров разными способами.
Какие-то передаются от отца к сыну, какие-то от друзей, какие-то от веломастеров, что-то закрепляется в головах при помощи ярых энтузиастов, создающих массу тем на соответствующих форумах и подкрепляющих те или иные мифы историями сомнительного происхождения — способов их распространения много.
Происходит же это частично из-за технической неграмотности, частично из-за нежелания критически переосмыслить существующие факты. В некоторых случаях эти факты просто игнорируются, так как неудобны, а попытка открыть глаза другому может быть встречена весьма агрессивно.

И всё-таки мы попробуем.

Карбон со временем теряет жесткость.

Этот миф еще не успел прочно поселиться в головах велосипедистов, однако он тоже существует. Давайте разбираться.

В широком доступе карбоновые рамы стали появляться в 90-х годах и. они ездят до сих пор. То же касается и алюминиевых, которым отводят всего пять лет. Стальные рамы, которые должны были десять раз уже сломаться от усталостного разрушения материала и коррозии — тоже ездят. Каким бы материал изготовления велосипеда ни был, всегда найдутся скептики, пророчащие ему скорую кончину.

Тем не менее, как и в других мифах, здесь тоже есть зерно истины.
Смола, которая заполняет пространство между волокнами карбона тоже участвует в формировании жесткости элементов. При повторяющихся изгибах в ней, действительно, накапливаются микротрещины. Тогда вся нагрузка в полном объеме ложится на карбон, чей ресурс в разы выше той же смолы. Разрушения не происходит. Но трещины же накапливаются, а значит и теряется жесткость.

Всё так. Да не так. Инженеры компании Specialized проводили исследования на эту тему и выяснили, что после 100 000 циклов деформации жесткость конструкции падает, её можно измерить точными приборами. Однако величины эти настолько малы, что зафиксировать их можно, как раз-таки только точными приборами, человеку такая чувствительность не под силу.

Кстати, возможно, миф подкрепляется, когда гонщик пересаживается на более свежую карбоновую модель велосипеда. В этом случае да, жесткость старой будет казаться намного ниже на контрасте.
Но если помнить о том, что каждая обновленная модель становится на 10-30% жестче своей предшественницы, из-за новых технологий и применяемых материалов, то все вопросы сразу отпадают.

Вес колес имеет большое значение.

Существует устойчивый стереотип, что снижение веса колес следует проводить в первую очередь, так как это в значительной мере влияет на ускорение и торможение. Вращающийся маховик. чем он легче, тем быстрее ускоряешься. ну, вы знаете.

Костью поперек горла становится исследование инженера Крейга Виллетта в 2001 году. Ему удалось эмпирическим путем выяснить, что в первую очередь на разгон влияет. аэродинамика. Вторым по важности идет вес, да. Впрочем, Крейг считает, что разница в раскручивании тяжелых и легких колес невелика. Она есть, но настолько мала, что ей можно пренебречь.

Я и сам был ярым адептом этого мифа и у меня возникает вопрос — а как же ощущения от ускорения? Я же хорошо чувствовал разницу! На что Крейг дал ответ 19 лет назад — величина ускорения велосипеда незначительна, как незначительна и разница в раскрутке тяжелых или легких колес при таком незначительном ускорении. Мда, жаль расставаться с таким красивым мифом.

Мне вот доводилось скидывать по 200 граммов с каждого МТБ колеса в свое время, и я был в восторге от того, насколько легче становилось ехать. Потом с каждого колеса скинул еще по грамм 800. резина полегче, камеры в мусорку, колеса пушинки. ездить-то становится легче, я же чувствую. А может свою роль сыграло общее снижение веса велосипеда на 5 килограммов. Вот как тут узнать, от чего ездить было легче?) Но опытный инженер всё хорошо измерил и разбивает все мои попытки самообмана просто вдребезги, чего и вам желаю)

В самых быстрых дисциплинах, таких как гонка с раздельным стартом или трек, часто используются тяжелые дисковые колеса

В общем, он нам рекомендует иметь в арсенале аэроколеса вместо легких, от них эффект экономии энергии будет намного заметнее. В этом случае речь идет о шоссейных колесах. Хотя попадались на глаза испытания МТБ велосипеда в обтягивающей велоформе и обычной одежде на скоростном спуске (даунхил). Обтягивающая форма позволила гонщику стать быстрее. Казалось бы, где МТБ и аэродинамика, а даже в этой ситуации воздух оказывает сопротивление. Впрочем, это уже совсем другая история.

Узкие покрышки быстрее.

Всем хорошо известно — чем тоньше и легче детали в шоссейной технике, тем выше эффективность велосипеда и тем он быстрее, так ведь?

Великое множество тестов показали, что увеличение диаметра покрышки с 23 до 25 мм сказывается положительно на эффективности, так как широкая шина имеет меньшее сопротивление качению, если материалы, глубина протектора и корд одинаковы в обоих случаях. Возникает сразу вопрос веса, ведь широкая покрышка тяжелее. Предыдущий миф вспоминаем — значение веса колес преувеличено. Тем более, разница всего в несколько граммов на колесе. Вряд ли ее ощутит гонщик, если только не будет всю дорогу внимательно следить за показаниями точных приборов.

А проследить есть за чем. Заморочились этим вопросом в компании CyclingPowerLab. Фронтальная площадь шоссейного велосипеда в среднем около 0,36 кв.м. Смена 23-й покрышки на 25-ю даёт увеличение на 0,001436 кв.м или на 0,4%. Теперь представим, что на 23-й покрышке вы едите со скоростью 30 км/ч, затрачивается на поддержание скорости 102 Вт. На поддержание такой же скорости на 25-й резине потребуется уже 102,5 Вт. Напомню, что мы говорим только об аэродинамическом сопротивлении. Если же вспомнить про сопротивление качению, то оказывается, что больший (25 мм) диаметр экономит по 0,3 Вт энергии на каждом колесе. Пока все ровно, где же выгода от жирных шин?

Теперь 28 мм. При давлении 6,8 атм они поглощают на 0,5 Вт энергии больше, чем покрышки 23 мм при давлении 8,1 атм. Всего 1 Вт разницы, а какой прирост по комфорту — а вот и выгода.

Получается, что широкие шины — это панацея? Не совсем. Если предстоит спринтерский финиш или скоростная гонка, то узкие покрышки будут побыстрее, так как сопротивление качению с увеличением скорости не изменяется, а вот аэродинамическое сопротивление нарастает. Это всё про гоночный режим.

Для обычного размеренного режима движения широкие покрышки, как ни крути, оказываются намного удобнее. При давлении 5,4 атм 28 мм имеют такое же сопротивление качению, как и 23 мм при давлении 8,1 атм. Здесь возникает вопрос — стоит ли отказываться от комфортного движения в пользу экономии 1 Вт энергии? Ответ прост. Пороговая чувствительность изменения затрачиваемой энергии велосипедиста располагается на уровне 5-10 Вт. Разница в 1 Вт зарегистрируется только чувствительным оборудованием при продувке в аэродинамической трубе на высокой скорости в течении длительного времени.

Да и личный опыт подсказывает, что переход с 23 на 28 мм очень сильно ощущается по комфорту. Вот ничего другого не заметил, кроме увеличения плавности хода на первых же метрах на 28-й покрышке.

Вывод: для повседневного использования широкие покрышки могут оказаться быстрее из-за повышенного комфорта, меньше психической энергии будет затрачиваться на борьбу с дискомфортом, который предполагается при повышенном давлении в покрышке меньшего диаметра. Последние себя хорошо покажут в скоростной гонке или на спринтерском участке, и только там. Разница в затрачиваемой энергии настолько незначительна, что райдером останется незамеченной.

Если с диаметром ясность появилась, но остались вопросы по поводу видов покрышек (трубки, клинчеры, бескамерки), то рекомендуем ознакомиться с нашей статьей на эту тему.

Увлеченный велосипедист с 2014-го года. Терпеть не мог, когда велосипед в ходу издавал посторонние звуки, что заставляло его многократно все перебирать, перемазывать и обновлять. Любит вникать в тонкости, посему многочисленные переборки своего велосипеда вылились в дальнейшем в работу веломехаником. Прошёл тернистый путь от Shimano Acera на Comance Tomahawk через SLX до XTR на Specialized S Works, а потом просто пересел на бюджетный шоссейник на оборудовании Campagnolo Xenon 10. За плечами веломарафон (МТБ) Куяльник 2019-года, где на маршруте Light занял 5-е место. В настоящее время остается активным пользователем велосипеда и продолжает углублять свои знания в этой сфере.

Читайте также: