¿Cómo absorbe una bicicleta toda la energía al aterrizar desde una gran caída?

Hay innumerables videos que muestran a ciclistas de BMX/freeride/downhill, etc. saltando y cayendo desde alturas. Para el espectador no profesional, parecen imposibles de sobrevivir. Desde el punto de vista físico, la bicicleta llega al suelo con una energía cinética determinada que depende de la altura de la caída y de la masa combinada del ciclista y la bicicleta. ¿Dónde se disipa toda esta energía? Supongo que la mayor parte de esta energía es absorbida por la bicicleta y parte por el ciclista. ¿Cómo se distribuye esta energía en varios componentes de la bicicleta?

Respuestas (3)

¡Física!
Aterrizar grandes saltos se trata de disipar la inercia que la vieja y molesta gravedad ha creado en tu viaje de regreso a la tierra. Cuanto mejor disipes esa inercia, mayores serán las posibilidades de que no te suicides.
Hay varios factores en juego aquí:

  • La transición del aterrizaje.
    El rellano casi siempre está inclinado hacia abajo. Combine el impulso hacia adelante con una pendiente descendente y obtendrá un aterrizaje significativamente más suave que si aterrizara en un terreno plano. Esa es una de las principales razones por las que ves que los ciclistas se lastiman cuando se pasan de largo en una transición de aterrizaje.
  • Suspensión.
    Un poco de suspensión hace mucho, y mucha suspensión va aún más lejos. La cantidad de amortiguación de impacto que proporcionará incluso una pulgada de ceder es enorme. Piénsalo en términos de lo que se siente al caer de espaldas sobre un colchón frente a caer de espaldas sobre la hierba alta o la nieve, siendo la distancia igual. La elasticidad de las superficies blandas disminuye tu velocidad y disipa tu inercia, que es lo que evita que te rompas la cabeza como lo harías con el concreto. Las bicicletas de gran éxito pueden tener 8 o 10 pulgadas (o más) de recorrido de suspensión. Eso es mucho viaje para disipar un impacto. Incluso los neumáticos proporcionan un poco de aplastamiento, lo que es especialmente importante para los ciclistas de BMX (y también es la razón por la que los ciclistas de montaña rígidos tienden a usar neumáticos de mayor volumen).
  • Aterrizaje adecuado (cómo aprovecha su bicicleta y la suspensión de la bicicleta)
    Observe cómo la mayoría de los ciclistas aterrizarán primero con la rueda trasera, especialmente en aterrizajes más planos que son comunes en pruebas y BMX de calle. Esto reduce aún más el impacto porque el ciclista puede, de alguna manera, aprovechar la elasticidad de la parte delantera y trasera de la bicicleta en sucesión. Esto es efectivo tanto para bicicletas rígidas como suspendidas. Al aterrizar primero en la rueda trasera, puede usar la bicicleta como una especie de palanca, absorbiendo parte del impacto y disminuyendo la velocidad de su cuerpo antes de que la rueda delantera aterrice. Esto se logra si su peso se equilibra correctamente apoyándose contra los pedales y el manillar. El efecto es aún mayor para una bicicleta con suspensión. Cuando la rueda trasera golpea, el amortiguador trasero absorbe lo que puede, luego la rueda delantera baja y la horquilla absorbe aún más. Compare esto con un aterrizaje totalmente plano (ambas ruedas al mismo tiempo) donde la bicicleta proporcionará aproximadamente la misma suspensión que el recorrido promedio de la combinación de los amortiguadores delantero y trasero, o para una bicicleta rígida, solo la suspensión que proporcionen los neumáticos. daría (¡ay!). Aterrizar la rueda trasera primero no significa que obtenga el doble de recorrido, pero sin duda le da a la bicicleta más tiempo para disipar la fuerza del aterrizaje.
  • Rodillas y codos (aún más suspensión)
    Realmente, esto incluye la mayoría de las articulaciones, cualquier parte del cuerpo que pueda flexionarse y moverse para absorber el impacto. No ves ciclistas dando grandes saltos y aterrizando sentados. Eso se debe a que están usando sus brazos y piernas para absorber la mayor cantidad de impacto posible que la bicicleta no pudo.

Cuando combinas todos estos elementos en armonía, obtienes una cantidad de movimiento realmente sustancial, y aunque solo se necesita una fracción de segundo para dar un gran salto, es tiempo suficiente para reducir la velocidad de la masa del ciclista y evitar que se convierta en una mancha de grasa en la parte inferior de The Tooney Drop .

Esto hace un buen trabajo al explicar las caídas al estilo de la bicicleta de montaña, y los conceptos son similares pero se aplican de manera ligeramente diferente para las caídas de BMX y de prueba. Usando el mismo estilo de "aterrizaje adecuado" pero exagerado, estas bicicletas descienden distancias significativas con poca velocidad en aterrizajes planos.
También es evidente que la articulación es parte de las gotas grandes.
Todos son puntos excelentes, pero uno se perdió. La geometría de las bicicletas también juega un papel importante y es por eso que todavía manejamos el estilo de bicicletas que hacemos hoy. El triángulo doble de las bicicletas se diseñó para absorber las vibraciones/impactos de la carretera y alejarse del ciclista. Cuando lo resuelve, la fuerza de impacto se redirige alrededor de los triángulos y enfoca las fuerzas en las soldaduras del tubo principal más como compresión que como flexión. Los amortiguadores/rodillas/codos/neumáticos y la geometría extremadamente relajada de las bicicletas de gran éxito permiten mucha más fuerza antes de llegar a una falla catastrófica.
@Glenn editó para tratar de explicar mejor cómo funcionan estos factores con las bicicletas de trial y BMX.
@ChefFlambe La geometría juega un papel muy importante en cómo las bicicletas son capaces de hacer lo que hacemos con ellas hoy, pero lo excluí porque tiene más que ver con por qué no pierdes el control de tu bicicleta al aterrizar que con por qué el El impacto del aterrizaje no te mata.
Sin embargo, hablando de geometría, todos los estilos de bicicletas que toman caídas tienen un tubo de asiento más corto y es más probable que mantengan sus asientos bajos para proporcionar más espacio para doblar las rodillas. Esta configuración es esencial para las técnicas apropiadas y puede valer la pena mencionarla.
Con bmx en estos días, la gente hace grandes caídas y trata de aterrizar ambos neumáticos al mismo tiempo. Antes se trataba de aterrizar el neumático trasero primero, pero ya no tanto, ya que todos no tienen frenos y no quieren salirse. Simplemente absorba todo en las piernas y los brazos (y la presión de los neumáticos).
+1 El alboroto de Red Bull se lleva a cabo en Utah no solo por el terreno, sino también porque el suelo blando en la parte inferior de las gotas proporciona efectivamente una pulgada adicional de recorrido, lo que permite realizar caídas mucho más grandes.

Usted mencionó la ENERGÍA CINÉTICA, que obviamente tiene que ir a alguna parte. A veces tienes recepción y la moto viene a toda velocidad, pero a veces, como en una prueba de moto, la moto aterriza "plana" sobre hormigón. A veces, también, los freeriders aterrizan a gran velocidad sobre concreto plano y al menos desaparece el componente vertical de la energía cinética de la caída.

Diría que solo hay tres lugares a donde puede ir esta energía:

  1. La mayor parte es neutralizada por las fuerzas de desaceleración creadas por el ciclista. Cuanta más técnica y estilo, mayor cantidad de energía se puede absorber. Por lo general, significa que los músculos extensores realizan una contracción excéntrica (aplican una fuerza mientras se estiran para desacelerar/oponerse al movimiento articular). Esto implica un gasto de energía por parte de las células musculares, que provienen de las calorías de los alimentos. Si la caída es alta, la mayoría de los ciclistas de trial prefieren aterrizar primero hacia atrás, por lo que tienen más tiempo para actuar con la misma fuerza y ​​más grupos musculares para actuar durante cada parte del aterrizaje (esto es muy rápido y tiene que ver con habilidades ensayadas).
  2. En una bicicleta con suspensión, MUCHA energía cinética podría "desaparecer" dentro de los amortiguadores debido al flujo viscoso de aceite a alta velocidad, lo que aumenta la temperatura del aceite. Las modernas suspensiones de conducción libre extrema de gran recorrido tienen una gran cantidad de aceite en su interior y funcionan con velocidades de flujo más bajas (diámetros más grandes, orificios de válvula más grandes) para que el aceite no alcance temperaturas demasiado altas.
  3. Finalmente, la deformación de la interfaz neumático/terreno podría absorber mucha energía y disminuir la desaceleración máxima (impacto) de un aterrizaje. Buenos ejemplos de aterrizaje serían la arena suave de la playa, la hierba y algunos tipos de lodo.

Es importante mencionar que los elementos rígidos de la bicicleta (cuadro, ruedas) no absorben la energía cinética, solo transmiten fuerzas a otro lugar. Además, solo para agregar a lo que dijo @ jm2, las articulaciones solo transmiten las fuerzas y (afortunadamente) no consumen una cantidad significativa de energía: la energía cinética de aterrizaje es contrarrestada por la contracción muscular que actúa a través de la articulación.

Como ya dijo jm2... hay muchas razones por las que los ciclistas pueden tomar caídas más grandes. Sin embargo, como tu pregunta era cómo se distribuye...

Mire el basculante para ver un ejemplo... el impacto vertical de la bicicleta hace que el soporte inferior trasero se mueva hacia arriba desde el punto de pivote en la manivela. Ese movimiento (fuerza) se redirige al tirante trasero superior y se transfiere al amortiguador que absorbe la mayor parte de la fuerza antes de transferir finalmente la última cantidad al tubo del asiento en un ángulo perpendicular al ciclista, no hacia arriba a través del ciclista.

Es por eso que toda la fuerza no se coloca directamente sobre las piernas de los ciclistas.

La geometría es lo que está dividiendo la parte del león en amortiguadores de 10 pulgadas que permiten al ciclista caer 20 pies sin destruir primero la bicicleta y luego quedarse con una cantidad mucho menor de energía para absorber en sus piernas y brazos.