Miłej lektury amigos....
"Jaki wpływ ma ciężar roweru i kolarza na osiągnięte miejsce na mecie?
Intuicyjnie wszyscy zdajemy sobie sprawę, że walka o jak najmniejszy ciężar roweru i kolarza ma swoje logiczne podstawy. Z drugiej jednak strony obserwując "na żywo" kolarzy widzimy, że jedni z nich są wyjątkowo delikatnej budowy ciała - Richard Virenque przy wzroście 179 cm waży zaledwie 65 kg, a w zawodowym peletonie nie należy bynajmniej do mikrusów. Inni zaś, np. Jaan Kirsipuu mierzący dokładnie tyle samo co Virenque waży "aż" 80 kg. Jedni i drudzy jeżdżą zaś na podobnych rowerach o zbliżonym ciężarze.
Obserwując te różnice ciśnie się więc od razu pytanie: czy jest sens walczyć o pojedyncze dekagramy ciężaru roweru, lub kilogramy ciężaru ciała kolarza?
Szczęśliwie, zanim wyciągniemy jakiekolwiek pochopne wnioski możemy do naszych analiz zaprząc aparat matematyczny. Istnieją specjalne "kalkulatory" skonstruowane przez matematyków, za pomocą których da się liczbowo oszacować każdą sytuację z jaką mamy do czynienia na szosie lub na torze.
Na początku trzeba założyć jakieś dane wyjściowe. Załóżmy więc, że nasz hipotetyczny kolarz waży wraz z rowerem 80 kg i przedstawiają łącznie powierzchnię czołową równą 0.5 m^2. Kolarz generuje we wszystkich testach moc równą 250 watów, odcinek szosy gdzie odbywa się jazda testowa mierzy sobie 5000 metrów, a ciśnienie atmosferyczne powietrza w miejscu prób odpowiada ciśnieniu na powierzni morza. Załóżmy również, że dla celów porównawczych mamy szansę "odchudzić" hipotetycznego kolarza wraz z jego rowerem o 5 kg po to tylko, aby przekonać się jakimi to owocuje zyskami, ew. stratami.
Na pierwszym etapie symulowanych testów matematycznych załóżmy jazdę na całkowicie płaskiej 5 km trasie, a następnie na podjeździe o tej samej długości i nachyleniu: 5, 10, 15, 20 i 25%.
Tabelka ta dobitnie pokazuje, dlaczego "górale" w szosowym peletonie są tak wycieniowani, albo inaczej - dlaczego 65 kg Virenque skutecznie konkuruje z Lance'm Armstrong'em w TdF, a 80 kg Jaan Kirsipuu nie kończy TdP mając problemy z podjazdem na Orlinek.
5 kg różnica w ciężarze jest oczywiście spora, powtórzmy więc powyższą symulację dla różnicy w ciężarze wynoszącej zaledwie 10 dkg (0.1 kg) i dwóch różnych nachyleń trasy: 0% (trasa płaska) oraz ok. 24% (symulowany podjazd na Alto de l'Angliru.
- 0.1 kg
Nachylenie podjazdu [%]
Zysk w odleglości [m]
Zysk w czasie [sek]
0 (v=40.32 km/h)
0.06 (6 cm)
0.01
24
6.23
5
Zaledwie 6 cm zysk w odległości na 5 km trasie! Albo jeszcze inaczej - zaledwie ok. 1 cm na płaskim odcinku toru o długości 1000 metrów! To świetnie uzmysławia dlaczego torowi sprinterzy nie przywiązują żadnej wagi do odchudzania ciała i roweru. Natomiast przeszło 6 metrowy zysk na mecie 24 % podjazdu pokazuje z drugiej strony czemu na początku wspinaczki kolarze oddają dyrektorowi sportowemu swój kask, wyrzucaja do rowu bidony, a biura konstrukcyjne specjalnie odchudzają rowery dla górskich etapów wielkich tourów aż do granic dopuszczalnych przez UCI.
ace="5" n="justify">A jak jest w takim razie przy zjazdach? Jeśli już na płaskiej trasie ciężar zestawu rower + kolarz ma symboliczne znaczenie, to można domyślać się, że nie gorzej będzie przy zjeżdżaniu. Anegdota głosi, że legendarny francuski kolarz lat 50-tych Jean Robic (na zdjęciu po lewej stronie), mierzący zaledwie ok. 160 cm wzrostu, kiedy po wjechaniu na szczyt przyszło mu z niego zjeżdżać, zamieniał puste bidony na bidony wypełnione ołowianym śrutem, aby w ten sposób zrekompensować "niedowagę". Czy te zabiegi z punktu widzenia nauki oraz teraźniejszej wiedzy miały jakikolwiek sens? Można przypuszczać, że tak, gdyż przecież spośród wszystkich współczesnych rowerów, jedynie rowery górskie służące do uprawiania dyscypliny noszącej skrótowe określenie DH mają prawdziwie pancerną konstrukcję i ciężar, który w żaden sposób nie pasuje do osiągnięć współczesnej techniki i technologii.
Aby wszystkim kolarzom stworzyć potencjalnie identyczne szanse, Międzynarodowa Unia Kolarska UCI określiła minimalny ciężar roweru przeznaczonego do wyścigów szosowych i torowych wszystkich kategorii. Dokładne informacje na ten temat można znaleźć w tym miejscu. Z lektury tego dokumentu (punkt 1.3.019) wynika, że wartość ta wynosi 6.8 kg.
Lżejsze rowery dostępne są tylko bogatym amatorom - jeden z najlżejszych na którym można jeszcze jeździć waży zaledwie 5.5 kg, ale kosztuje aż 5,000 Euro. Można go sobie obejrzeć na stronie producenta, którym jest austriacka firma Steinbach.
Nie jest to jednak osiągnięcie rekordowe. Najprawdopodobniej najlżejszy rower szosowy jaki na świecie wyprodukowano to autorskie dzieło pod którym podpisują się dwaj Niemcy Bernhard Langerbein & Klaus Mai. Rower waży tylko 4166 g, a z całym projektem można zapoznać się na stronie internetowej Lightbike.
Zbudowanie 7 kg roweru szosowego, który nadaje się do ścigania, a nie tylko do wystawienia w gablocie nie jest bynajmniej łatwym zadaniem. O ile ciężar komponentów jest ściśle określony i ma się nań znikomy wpływ, o tyle pole do popisu mają konstruktorzy ram i kół. Ponieważ najczęściej są oni pragmatykami, więc zazwyczaj nie biorą udziału w tego rodzaju konkursach, bardziej przeznaczonych do zaistnienia w Księdze Rekordów Guiness'a. Tym niemniej należy w tym miejscu przedstawić najlżejszą seryjnie produkowaną ramę przeznaczoną do roweru szosowego. Wydaje się, że już od 3 lat rekord ten nieprzerwanie należy do firmy Giant.
Zasadnicza koncepcja roweru szosowego o mocno opadającej rurze górnej powstała już w roku 1995, a jej autorem jest chyba jeden z największych innowatorów w branży rowerowej, Brytyjczyk Mike Burrows. Jest on autorem wielu publikacji z dziedziny konstrukcji rowerów, a między innymi książki, której okładka znajduje się na lewo. Na zdjęciu osobiście jedzie na skonstruowanym przez niego rowerze, którego rama ma konstrukcję skorupową ("Monocoque"), niedopuszczoną do stosowania w zawodach przez UCI.
Rewolucyjność pomysłu Mike Burrows'a w przypadku rekordowo lekkiej ramy szosowej typu Compact Road polegała na zastosowaniu w rowerze stricte szosowym ramy o ksztacie charakterystycznym dla ram rowerów MTB. Niezbędną w rowerze szosowym sztywność uzyskano dzięki zastosowaniu specjalnego stopu aluminium, który firma Giant oznacza jako Cu92. Pierwsze ramy tego typu zostały przez Giant'a wyprodukowane specjalnie na zlecenie hiszpańskiej grupy zawodowej ONCE i w roku 1995 ważyły 1100 g, co wówczas było wynikiem rewelacyjnym, a i dzisiaj niewiele firm potrafi go powtórzyć.
Jeszcze jedno, co charakterystyczne dla ram typu Compact Road, to istnienie tylko trzech rozmiarów: S, M i L. Te 3 rozmiary ramy i aż 7 rozmiarów karbonowego wspornika podsiodłowego wyczerpują potrzeby wszystkich kolarzy, niezależnie od wzrostu i budowy ciała! Koncepcja ta opisana jest między innymi na oficjalnej stronie producenta.
Na bazie istniejącej konstrukcji, dzięki rozwijającej się technologii materiałowej w firmie Giant, kilka lat później powstała rama Compact Road ważąca w rozmiarze M tylko 875 gramów! Zastosowano oczywiście rury z Cu92. Eksperymentując podczas procesu odkuwania na zimno, zminimalizowano grubości ścianek rur do wartości niespotykanych w ramach aluminiowych. I tak poszczególne rury głównego trójkąta mają ścianki o następujących grubościach:
Rura górna - podwójnie cieniowana o grubościach ścianek 0.9-0.6-0.9 mm,
Rura podsiodłowa - potrójnie cieniowana o grubościach ścianek 1.6-0.9-1.2 mm,
Rura dolna - podwójnie cieniowana o grubościach ścianek 0.9-0.7-0.9 mm.
Nie mniejsze pole do popisu w dziedzinie ekstremalnie lekkich konstrukcji mają producenci kół. Tym bardziej, że koło zazwyczaj nie jest jednolitą konstrukcją, a składa się z takich komponentów składowych jak piasta, szprychy, obręcz i gumy; każdy z tych elementów ma swojego producenta i możliwości wpływania na ciężar wyrobu finalnego zdają się być większe niż w przypadku ram.
Zanim wszakże zaczniemy zgłębiać temat ciężaru kół, jedno należy podkreślić - Moment bezwładności koła (inercja) ma znaczenie wyłącznie w momencie przyspieszania roweru, lub jego raptownego hamowania! W czasie ruchu jednostajnego ciężar koła ma takie samo znaczenie jak ciężar całego zespołu rower + kolarz, czyli w gruncie rzeczy liczy się przede wszystkim podczas podjazdu. Precyzując oznacza to dokładnie tyle, że jeśli kolarz na rowerze porusza się ruchem jednostajnym, to z punktu widzenia efektów jest to absolutnie obojętne, czy o n gramów odchudzi koła, ramę, czy samego siebie, oraz jaki jest moment bezwładności kół, które używa!
Pomiar momentu bezwładności koła jest prostym procesem, łatwym do przeprowadzenia w warunkach domowych. Nie zagłębiając się w mechanizm tego pomiaru warto jednak zaprezentować tabelkę z wynikami pomiarów inercji różnych kół wykonanych przez różnych producentów i mających różne ciężary.
Wszystkie koła przedstawione w powyższej tabeli są kompletne, tzn. zaopatrzone są w typowe opony, dętki i zaciski (ew. nakrętki). Tabela przedstawia koła w ściśle określonym porządku, tzn. od najmniejszego do największego współczynnika Ic, czyli inaczej momentu bezwładności, co przybliża wyróżniona odmiennym kolorem kolumna. Dzięki temu widoczne jest, że związek pomiędzy ciężarem koła a jego momentem bezwładności jest bardzo luźny. Jest to jak najbardziej logiczne, gdyż najogólniej biorąc moment bezwładności koła mówi jaka część jego masy skupiona jest blisko osi. Im większa, tym lepiej, gdyż tym łatwiej koło "rozbiega się" i tym niższy jest jego moment bezwładności. Z tego powodu mniejszy moment bezwładności mają klasyczne koła wykonane na obręczach niskoprofilowych i koła o mniejszych średnicach (koła od rowerów triathlonowych).
Omawiając temat momentu bezwładności (inercji) kół należy dodać, że niektórzy producenci zwykli stosować inny parametr przy okazji porównania parametrów bezwładnościowych - masę ekwiwalentną (equivalent mass). Masa ekwiwalentna jest równoważną masą nieobracającego się obiektu stawiającego analogiczny opór w czasie przyspieszania. W odniesieniu do przedstawionych powyżej wartości momentu bezwładności kilku wybranych kół, tabelka poniższa przedstawia odpowiadające trzem wybranym kołom wartości masy ekwiwalentnej.
Typ koła
Moment bezwładności Ic
[kg x m^2]
Masa ekwiwalentna
[kg]
Koło przednie, standardowa obręcz 700 mm Campagnolo LA 84 o wysokości 12 mm, 32 szprychy cieniowane 2/1.8 mm, piasta Campagnolo Chorus
0.081
1.78
Campagnolo Shamal 12 HPW
0.086
1.86
Zipp 540
0.095
2.02
Z punktu widzenia minimalizowania momentu bezwładności nie ma żadnego sensu oszczędzanie na ciężarze piasty, natomiast ma głęboki sens oszczędzanie na ciężarze tych części koła, które są najbardziej "na zewnątrz". Decydujący więc jest w takim wypadku ciężar opony i dętki. Jest to wytłumaczeniem dlaczego na ostatnim miejscu w powyższej tabeli znajduje się koło MTB, mające z natury bardzo ciężkie gumy oraz masywniejszą obręcz niż koło w rowerze szosowym.
Inną kwestą jest jak bardzo koła o małym momencie bezwładności pomocne są w różnych sytuacjach na szosie. Obserwując współczesne tendencje w budowie kół, czyli odchodzenie od obręczy niskoprofilowych na rzecz wysokoprofilowych można przypuszczać, że moment bezwładności koła w rowerze szosowym ma znaczenie marginalne. Czy tak jest w rzeczywistości? Spróbujmy więc ponownie zaangażować symulację matematyczną.
Wstępne założenia są następujące. Dwaj hipotetyczni kolarze ważą po 70 kg i każdy z nich generuje moc 350 watów. Rowery na których kolarze jadą są również identyczne z wyjątkiem kół, które różnią się wyłącznie momentem bezwładności. Każdy rower pozbawiony kół waży równe 8 kg, a koła w obydwu rowerach ważą po: 1.2 kg przednie i po 1.8 kg tylne. Obydwu kolarzom stworzono identyczne warunki jazdy (gęstość powietrza, zerowe nachylenie toru, opory aerodynamiczne, itd.). Obydwa koła jednego z dwóch rowerów charakteryzuje inercja równa 0.12 kg x m^2, a drugiego jest dwukrotnie niższa i wynosi 0.06 kg x m^2. Prędkość początkowa obydwu kolarzy wynosi 0 m/sek w przypadku a) oraz 10 m/sek w przypadku . Symulacja ma odpowiedzieć jaka różnica czasowa i odległościowa będzie dzieliła obydwu kolarzy po przejechaniu 200, 1000 i 2000 metrów z korzyścią dla kolarza jadącego na rowerze wyposażonym w koła mające mniejszą inercję.
a) - prędkość początkowa v=0 [m/sek]
odległość od startu
różnica w czasie [sek]
różnica w odległości [m]
200
0.08
0.48
1000
0.12
1.41
2000
0.12
1.42
(Maksymalna różnica prędkości nastąpiła po przejechaniu 80 metrów)
- prędkość początkowa v=10 [m/sek]
odległość od startu
różnica w czasie [sek]
różnica w odległości [m]
200
0.01
0.06
1000
0.03
0.35
2000
0.03
0.35
(Maksymalna różnica prędkości nastąpiła po przejechaniu 140 metrów)
Obydwie tabele są niezbitym dowodem na to, że odchodzenie od niskoprofilowych obręczy nie jest przypadkowe. Realny zysk wynikający z użycia kół o małej inercji występuje w zasadzie wyłącznie przy jeździe ze startu zatrzymanego (0.12 sek po 2000 metrów). Może to stwarzać ewentualny handicap torowcom. W klasycznej sytuacji szosowej - ucieczka przy prędkości początkowej ok. 40 km/h zysk ten zamienia się na zaledwie 0.03 sek lub 35 cm po przejechaniu pierwszego kilometra, co raczej nie ma prawie żadnego praktycznego znaczenia.
Współczesne ultralekkie ramy szosowe ważą około 1 kg, cały osprzęt niecałe 3x tyle, a pomimo tego rower tegorocznego zawodowego peletonu waży zazwyczaj sporo powyżej 8 kg, czasem i więcej niż 10 kg. Czemu tak się dzieje? Jakie komponenty za to odpowiadają? Odpowiedź brzmi - przede wszystkim koła. Tutaj właśnie rowerowy "anorektyk" ma największe pole do popisu."
