A menudo se afirma que, por ejemplo, "una onza de peso en las llantas es como agregar 7 onzas de peso al marco". Esto es "conocimiento común", pero algunos de nosotros somos escépticos, y nuestros toscos intentos de resolver las matemáticas parecen respaldar ese escepticismo.
Entonces, supongamos una llanta de bicicleta estándar 700C, que tiene un radio exterior de aproximadamente 36 cm, una bicicleta que pesa 90 kg con bicicleta y ciclista, y una llanta + cámara + llanta que pesa 950 g. Con la suposición simplificada de que toda la masa de la rueda está en el diámetro exterior, ¿cuánto efecto tiene agregar un gramo de peso adicional en el diámetro exterior sobre la aceleración, en comparación con agregar un gramo de peso al cuadro + ciclista?
Hice esta pregunta en el Stack Exchange de física .
La respuesta que obtuve fue 2x : agregar una onza (o gramo) a la rueda en el diámetro exterior (es decir, la banda de rodadura) es equivalente, en términos de fuerza/energía necesaria para acelerar, a agregar el doble de esa cantidad al cuadro de la bicicleta. .
La respuesta fue un poco complicada y requiere una lectura cuidadosa para comprenderla completamente, pero la respuesta también se puede explicar con este experimento mental:
Si tiene una rueda ingrávida teórica, fijada a un eje estacionario (es decir, que no rueda sobre el suelo), y agrega una masa a su diámetro exterior, la energía necesaria para acelerar esa masa agregada a alguna velocidad tangencial es la misma que la energía que se necesitaría para acelerar la masa a la misma velocidad lineal (es decir, como si estuviera unida al cuadro de una bicicleta sin peso).
Pero si nuestra rueda ingrávida teórica no está fijada en un eje estacionario, sino que está unida a nuestra bicicleta ingrávida teórica, estamos acelerando la masa tanto tangencial como linealmente, por lo que sumamos los dos requisitos de energía, lo que significa que se necesita el doble de fuerza para lograrlo. la misma aceleración y 2x la energía para acelerar a una velocidad dada.
Entonces, la respuesta es 2x (y no 7x o 10x o lo que sea que se cita a menudo).
La razón por la que la gente habla de los efectos de agregar peso a las ruedas frente al cuadro no es la aceleración (el resultado 2x de la respuesta de Daniel R. Hicks es correcta para esto, por cierto), sino la suspensión: el peso no suspendido debe seguir cada irregularidad en el camino fielmente, y eso cuesta energía. No es necesario que el peso suspendido siga a cada raíz/piedra/bache y, en consecuencia, quema menos energía. Para autos con sus excelentes suspensiones, esta es fácilmente una diferencia de 7x.
Las bicicletas, sin embargo, tienen muy poca suspensión. Las principales fuentes de suspensión son el propio neumático y el propio ciclista. Por lo general, el neumático hace un buen trabajo al igualar las pequeñas irregularidades de alta frecuencia que, de lo contrario, tendrían un potencial significativo de drenaje de energía (dependiendo de la presión de los neumáticos, por supuesto; esta es la razón por la cual una presión demasiado alta puede aumentar la resistencia a la rodadura). La gran cantidad de perturbaciones más grandes y de baja frecuencia (baches, adoquines irregulares, raíces, etc.) se transmite a través del marco para ser absorbida por el ciclista.
Sin embargo, los radios también juegan un papel en la suspensión, por lo que un gramo en la llanta consume más energía que un gramo en el cuadro. Pero este es un efecto pequeño, mucho más pequeño que 2x, apostaría.
Las cosas cambian drásticamente cuando agrega suspensión a su bicicleta: la suspensión existe para evitar que los baches y demás se transmitan a través del cuadro, lo que hace que el factor de drenaje de energía se acerque a los valores de los automóviles.
Por lo tanto, es bien sabido en física que un disco sólido (peso distribuido uniformemente) vence a un aro (peso distribuido uniformemente en la periferia) y una esfera (peso distribuido uniformemente) vence tanto a un disco como a un aro cuando rueda por un plano sin usar nada. pero la gravedad. Todo se reduce a la distancia del peso desde el eje. Al principio se necesita más energía para mover un peso específico o al subir una cuesta. Pero si se usa un volante que es energía potencial y cuanto más pesado sea el volante, más energía se almacenará en la rotación. Pero como un Yoyo, no es un retorno del 100%. Sin embargo, le ayudará a subir la próxima colina si se mantiene una velocidad de rotación constante hasta que sea necesario. ¿Alguna vez descendió una colina y no tuvo que volver a pedalear hasta aproximadamente la mitad de la siguiente? Ya, eso es todo. Si usted pesa 120 libras y su bicicleta pesa 10 libras más agrega un volante de inercia de 60 libras y puede hacer que el volante suba a 1,000 rpm, probablemente lo llevará a una colina bastante grande. Pidamos a ese tal Colin de YouTube que construya un artilugio para resolver esto. (Construyó zapatos magnéticos para caminar en el techo)
glenn gervais