¿Efectos del diseño en la velocidad?

Me gustaría entender más acerca de cómo el diseño de una bicicleta afecta su velocidad (supongamos una bicicleta normal de dos ruedas con cambios).

  • ¿Puedo suponer que el peso tiene poco efecto, en terreno llano, excepto al arrancar y detenerse? Si no, por qué no: ¿cuál es el efecto y qué tan grande es?
  • ¿Son los dos factores más importantes la resistencia al viento y la resistencia a la rodadura de los neumáticos?

¿Puede indicarme datos para lo anterior:

  • Resistencias a la rodadura para varios tipos/tamaños de neumáticos a diferentes velocidades
  • Resistencias al viento para diferentes posiciones del ciclista a diferentes velocidades

Específicamente, ¿cuánta diferencia hay entre, por ejemplo, un neumático de 700x23 mm y un neumático de 700x32 mm a 90 psi?

Otra cosa que parece relevante, aunque no sé cómo podrías cuantificarlo, es lo fácil que es para el ciclista poner potencia en los pedales. En mi cruser estoy en una posición muy erguida y es difícil impulsarlos (en parte porque no puedo usar la parte superior de mi cuerpo de manera eficiente). En mi bicicleta de carretera puedo transferir potencia de manera más eficiente.
La resistencia a la rodadura probablemente será menor en el neumático más grande (si tiene el mismo psi), pero la resistencia al viento será mayor en ese neumático más grande y, a velocidades más altas, la resistencia al viento es un factor más importante. No hay una fórmula general, depende de más detalles de construcción que solo el tamaño.
Si realmente desea conocer los detalles de esto, le recomiendo obtener una copia de Bicycling Science ( mitpress.mit.edu/catalog/item/default.asp?ttype=2&tid=10063 ).

Respuestas (4)

Me gusta usar una excelente calculadora de potencia para responder preguntas como estas. Juega con los números y podrás ver los efectos exactos sobre la resistencia al viento de las diferentes posiciones del ciclista o el cambio del tipo de neumático.

En resumen, a velocidades de carrera, la resistencia del viento requiere, con mucho, la mayor potencia para superarla. Termina siendo entre el 85% y el 90% de su gasto total de energía. Por ejemplo, con esa calculadora, se necesita un ciclista de 150 lb completamente agachado en algún lugar alrededor de 650 W para mantener un ritmo de 35 mph. Elimine la resistencia del aire por completo y solo requiere unos asombrosos 50W. Con la misma potencia de salida (650 W), sin resistencia del aire, el mismo ciclista podría alcanzar una velocidad ridícula de 475 mph.

Sheldon también cubre el tema, brindando un excelente desglose de costo-beneficio para varias mejoras aerodinámicas. Y Wikipedia afirma que "reducir el peso de una bicicleta en 1 libra... tendrá el mismo efecto en una contrarreloj de 40 km en terreno llano que eliminar una protuberancia en el aire del tamaño de un lápiz".

En contexto, la última oración pretende implicar que reducir el peso es menos significativo que mejorar la aerodinámica.

Como han mencionado otros, la resistencia del aire es un factor importante. Si observa la fórmula para calcular el arrastre , verá que el arrastre es una función del cuadrado de la velocidad. Esto significa que la resistencia a 5 mph sería 25 veces la resistencia a 1 mph y la resistencia a 10 mph sería 100 veces la resistencia a 1 mph. Para 30 mph, tiene 900 veces la resistencia de 1 mph, aunque solo vaya 30 veces más rápido.

También es de interés que el aire más frío en realidad causa más resistencia ya que es menos fluido que el aire caliente. Entonces, a medida que bajan las temperaturas, aumenta la resistencia del aire. Debido a esto, los generadores de energía eólica obtienen más electricidad en climas más fríos, suponiendo que la velocidad del viento sea la misma.

Supongo que el aire frío es más o menos tan fluido (viscoso) como el aire caliente, pero ese aire frío causa más resistencia porque es más denso.

En respuesta a otra pregunta, moz publicó este enlace a un artículo de investigación de IHPVA , que incluye (en las páginas 15 a 17) los resultados de las pruebas de resistencia a la rodadura de diferentes neumáticos, a diferentes velocidades y presiones.

Tenga en cuenta que, aunque no es práctico para la mayoría de los usos, las cifras de velocidad para streamliner y otros diseños altamente aerodinámicos son mucho mayores que las que se pueden obtener de una bicicleta "normal". Cuanto más rápido vas, más aire empujas.

Las velocidades máximas de las bicicletas se pueden obtener a través del "ritmo del motor", en el que el ciclista viaja en la "burbuja" aerodinámica detrás de un vehículo rápido como un camión o una locomotora. Estas bicicletas tienen una marcha tan alta que no se pueden andar a velocidades más bajas, y definitivamente no son livianas...
Ilustra la importancia de la resistencia del aire.

Sí, pero las bicicletas a ritmo de motor ganan con la resistencia del viento, ya que el flujo de aire está diseñado para empujarlas. Entonces, ni siquiera son realmente relevantes para la pregunta de "¿y si no hubiera resistencia del aire?".