Велосипедный спорт

1. Лекция № 3 Велоспорт

2.

Где x — сила сопротивления воздуха;
сx — коэффициент лобового сопротивления;
v — скорость потока, м/сек;
s — миделевая площадь, м2;
ρ — плотность воздуха, кг·с2/м4;
l — характерный линейный размер, м;
v — коэффициент кинематической вязкости, м2/с.
Аэродинамическая сила сопротивления зависит от
коэффициента лобового сопротивления, который, в свою
очередь, зависит
от формы тела и числа рейнольдса re,
выражающего связь между характерными размерами тела,
скоростью потока и кинематической вязкостью воздуха.
Исследования показывают, что коэффициент лобового
сопротивления (Cx) при одной и той же посадке и скорости
потока воздуха 10-20 м/сек меняется для разных
велосипедистов в диапазоне от 0.185 до 0.299. На
аэродинамическую силу сопротивления влияет не только
положение туловища спортсмена, но и положение отдельных
частей тела и даже кистей рук.

3.

Аэродинамическое сопротивление зависит:
От антропометрических характеристик спортсмена.
От эффективности выставленной аэродинамической посадки
велосипедиста
От положение головы на гонке (-66 с); (выигрыш времени на
дистанции 40 км в случае раздельного старта.)
От аэродинамических качеств рамы велосипеда (-18 c);
От одежды велосипедиста (130 c);
Обтекаемость шлема/каски (65 c);
От использования обтекаемых велобахил (30 c);
От качества эпиляции волосяного покрова ног (82 c);
От собранности волос на голове в случае длинной шевелюры
(18 с).
Факторы влияющие на силу воздушного сопротивления в велоспорте
http://www.cnopm.ru/biking/training/1981/january/factors_influencing_force_of_resistance

4.  Яковлев, Б.А. Оценка аэродинамического качества посадки велосипедистов // Велосипед. спорт : Ежегодник. - М., 1985. - С.

Яковлев, Б.А. Оценка аэродинамического качества посадки
велосипедистов // Велосипед. спорт : Ежегодник. - М., 1985. - С. 45-47.
http://sportlib.su/Annuals/Bicycling/1985/p45-47.htm

5.

На что тратятся силы при движении
велосипеда
Скорость велосипеда зависит от мощности
кручения педалей, типа и класса
велосипеда, состояния дорожного полотна,
рельефа и ветра. Интересно оценить в каких
пропорциях.
Аэродинамика гораздо сильнее ощущается
при встречном ветре, когда против ветра
приходится бороться. В то же время
попутный ветер не ощущается совсем,
поскольку скорость движения обычно
больше скорости ветра.
Считается, что уже при скоростях 25-30
км/ч основные силы уходят на борьбу с
сопротивлением воздуха, да и вообще
скорости больше 30 км/ч определяются не
столько силой ног, сколько
аэродинамикой.

6.

Мощность и сила тяги
Для начала интересно понять, какие ресурсы есть у
велосипедиста. При долгом педалировании
основная характеристика это выдаваемая
мощность. Судя по отзывам обладателей
измерителей мощности можно считать, что долго
можно выдавать 200 ватт. Это соответствует при
скорости 25 км/ч постоянной силе «тяги» 28.8
ньютонов (25 км/ч это 6.94 м/с, 200 / 6.94 = 28.8).
Одна килограмм-сила (обозначение «кГ» в
отличие от массы — «кг») это вес тела с
массой 1 кг, то есть сила с которой гиря, на
которой написано «1 кг» давит на весы. Это
то, с чем мы имеем дело в
обиходе вместо собственно «массы тела».
1 кГ = 9.81 ньютонов.

7.

Соответственно, 200 ватт вырабатываемой мощности
при 25 км/ч это всего-навсего 2.9 кГ прикладываемой к
велосипеду силы.
Это кажется странным, ведь можно легко поднять груз
намного больший. Но в этом и есть отличие силы от
работы.
Груз нужно не просто поднять, а поднимать и
поднимать, причем быстро.
Конечно на короткий срок можно развить и бОльшую
силу и бОльшую мощность, но на длительный период
получается примерно такие цифры.
Кстати, мощность лошади, 1 л.с. = 736 ватт, всего в 3.5
раза больше чем мощность среднего велосипедиста.

8.

При установившемся движении
транспортного средства сила
сопротивления (F) определяется тремя
факторами: трением качения (R),
горками (T) (выражается в увеличении
веса, который нужно затолкнуть в гору) и
сопротивлением воздуха (Q).

9.

Сопротивление встречного воздуха
На скоростях 25-27 км/ч существенно тормозит движение
велосипеда сопротивление воздуха. Если дует встречный ветер,
то становится трудно двигаться уже на скорости 10-15 км/ч. На
горном велосипеде с широким и высоко установленным рулём, а
особенно, с низко опущенным седлом, намного тяжелее крутить
педали на скорости 30 км/ч, чем на шоссейном велосипеде. У
шоссейника имеется особенная деталь – узкий руль с нижним
захватом (бараньи рога). При ощутимом сопротивлении
встречного ветра наездник шоссейного велосипеда может
пригнуться к рулю, захватив руль за нижнюю часть дуги, таким
образом, значительно снизив нагрузку.
Полностью избавиться от давления встречного воздуха можно только заехав в
воздушный мешок, под защитой впереди идущего автобуса или грузового
автомобиля. Но пристраиваться сзади за автобус или грузовой автомобиль
очень опасно, так как они могут резко затормозить или повернуть при объезде
ямы.
Источник: https://velofans.ru/skorosti-dvizheniya-razlichnyh-velosipedah-raznyhusloviyah

10.

11.

В результате исследования
было выявлено следующее.
Коэффициент лобового
сопротивления (Сx) при одной и
той же посадке и скорости
потока воздуха 10—20 м/сек
менялся для разных
велосипедистов в пределах
0.185—0,299. На
аэродинамическую силу
сопротивления влияло
изменение не только
положения туловища, но и
положения отдельных частей
тела и даже кистей рук.

12.

Основное отличие формы-капли это отсутствие турбулентности в обтекающем потоке. Даже
больше, возможно, что столь резкое отличие коэфф. сопротивления обусловлено как раз
отсутствием турбулентности (точнее она сводится к пограничному слою)
При медленной скорости потока турбулентности может и не быть. На картинке показано обтекание
формы типа шар (цилиндр) при разных скоростях потока.

13.

скорость 10 км/ч соответствует числу Re = 10^5, а скорость 50
км/ч соответствует 5*10^5. Вклад в аэродинамику от элементов
рамы велосипеда, с характерным размером 0.05 м (5 см),
соответственно в 10 раз меньше, Re от 10^4 до 5*10^4, и от
перьев и прочих мелочей размером 1 см, еще в 5 раз меньше, Re
от 2 000 до 10 000.
По значению чисел Рейнольдса видно, что о ламинарном
течении воздуха можно забыть. Воздух это не та среда. В
принципе ничего странного в этом нет. Представим себе
надувной шарик, по которому ударяем рукой, чтобы он
отлетел как можно дальше. Довольно быстро шарик
замедлится и начнет медленно опускаться на пол. Это и
есть ламинарное движение. Скорости предельно низкие по
сравнению даже с движением руки. У дельфинов и рыб на
самом деле тоже не все «гладко» с ламинарностью, но
сейчас не будем об этом