Adakah roda merupakan komponen terbaik untuk dinaik taraf jika anda ingin menjimatkan berat pada basikal? Kami memisahkan fakta daripada putaran
'Sepaun pada roda bernilai dua pada bingkai’, atau begitulah kata mereka. Kebijaksanaan konvensional itu telah mengawal pendekatan pemilihan roda untuk ramai penunggang basikal – jika ada tempat untuk memercikkan wang tunai untuk mencukur beberapa gram, itu adalah roda.
Tetapi seperti yang sering berlaku dengan kebijaksanaan konvensional, kami tidak senang untuk meninggalkannya begitu sahaja.
Idea bahawa berat set roda adalah lebih penting daripada bahagian lain basikal bergantung pada fakta bahawa roda bergerak lebih banyak daripada bahagian lain basikal.
Andy Ruina, profesor kejuruteraan mekanikal di Universiti Cornell, menyatakannya secara ringkas: ‘Atas roda melaju dua kali lebih laju berbanding basikal. Dan arah bertentangan [bahagian bawah roda] tidak membatalkan kelajuan itu.
'Oleh itu, ia mempunyai tenaga kinetik dua kali lebih banyak, jadi ia memerlukan dua kali lebih banyak daya untuk menggerakkannya dan ia menjadikan basikal itu perlahan dua kali lebih banyak.’
Berat v pecutan
Berat adalah sangat penting dalam skema besar pergerakan basikal kerana hubungannya dengan pecutan. Apabila sesuatu bergerak pada kelajuan tetap, semua daya yang menolaknya dan memperlahankannya berada dalam keseimbangan.
Peningkatan berat yang munasabah tidak akan membawa sebarang perbezaan, kecuali sebarang peningkatan sedikit dalam geseran atau rintangan berguling yang mungkin disebabkannya.
Apabila menaikkan atau kehilangan kelajuan, hukum kedua Newton berkuat kuasa: daya=jisim x pecutan. Jadi lebih banyak jisim anda, lebih banyak daya yang anda perlukan untuk meningkatkan kelajuan.
Jadi, mengapakah ia membuat satu auns perbezaan sama ada beratnya pada roda dan bukannya bingkai?
Di sinilah ia menjadi sedikit rumit, terima kasih kepada inersia. Inersia ialah rintangan objek terhadap perubahan pergerakannya – itulah sebab mengapa ia memerlukan usaha untuk memecut basikal walaupun dalam alam semesta tanpa geseran.
Roda, basikal dan penunggang semuanya mempunyai inersia, tetapi dengan roda kesannya diperbesarkan kerana ia berputar.
Steve Williams, jurutera dinamik kenderaan terkemuka Lotus, berkata, 'Dalam kes roda, kerana anda mempunyai banyak jisim yang diagihkan di sekeliling rim, agak jauh dari pusat roda, yang memberikannya inersia. '
Inersia itu pada asasnya bermaksud rintangan kepada roda yang diputar. Ia kadangkala dipanggil inersia putaran tetapi, lebih tepat, ia dirujuk sebagai momen inersia.
Williams menambah, ‘Oleh kerana basikal bergolek di atas rodanya, anda bukan sahaja perlu menolak jisim itu melalui udara dengan lebih pantas tetapi anda juga perlu membuat roda berputar lebih laju. Inersia roda akan menahan peningkatan dalam kadar putaran.’
Walau bagaimanapun, amat penting bahawa inersia ditentukan oleh jarak jisim dari pusat putaran: 'Momen inersia ialah hasil jisim pada jarak dari paksi yang diputarkan – dalam kes roda ialah jarak jisim dari paksi gelendong.'
Tetaplah pada hakikat
Semua ceramah ilmiah ini membawa kita kepada intipati perkara itu. Tidak cukup untuk mengatakan bahawa roda yang berat lebih merupakan penghalang daripada rangka yang berat kerana semuanya bergantung pada tempat berat itu diagihkan pada roda.
Terlalu mudah untuk menyatakan bahawa 'sepaun pada roda bernilai dua pada bingkai'. Profesor Jim Papadopoulis, pengarang Sains Berbasikal, berkata, 'Terbukti bahawa sedikit jisim tepat pada lilitan dikira dua kali, sedikit jisim di tengah jejari 1.5 kali, dan sedikit jisim di hab mendapat dikira sekali.'
Atas dasar itu, kita harus menyesuaikan frasa untuk mengatakan 'satu paun pada rim bernilai dua pada hab', tetapi Williams di Lotus ragu-ragu tentang keuntungan yang dinyatakan akan diperoleh daripada rim yang lebih ringan.
‘Kita dapat melihat bahawa mengurangkan inersia roda mempunyai kesan yang baik berbanding mengurangkan jisim tidak berputar, tetapi ia adalah sangat kecil. Pada hakikatnya, jisim yang disimpan dari rim roda berkemungkinan kurang daripada 10% lebih bermanfaat daripada jisim yang sama yang disimpan dari seluruh basikal.’
Sesetengah pengiraan yang agak rumit mendedahkan bahawa kelebihan dari segi pecutan daripada memotong berat daripada rim roda ialah 0.9%, berbanding 0.8% apabila memotong berat daripada rangka.
Jika keuntungan yang diperoleh daripada memotong berat jisim berputar pada basikal anda terbuka untuk dibahaskan, bahagian seterusnya yang perlu dipertimbangkan ialah giroskopik.
Naik taraf kepada beberapa roda yang lebih ringan dengan harga di bawah £500
Mendapatkan gyro dengannya
Giroskop ialah roda atau cakera yang berputar mengelilingi paksi sedemikian rupa sehingga ia menstabilkan dirinya sendiri. Itu disebabkan oleh kesan momentum sudut – apabila titik atas roda mula menariknya ke bawah ke kanan, contohnya, apabila roda telah berputar separuh pusingan, titik roda yang sama itu terbalik dan tiba-tiba menolak roda belakang ke kiri.
Kesan giroskopik berputar ialah sebab gasing berputar kekal tegak, dan sebab roda basikal memainkan peranan dalam memastikan kita tegak.
Oleh kerana giroskop berfungsi berdasarkan prinsip asas daya sudut, berat di bahagian paling luar roda adalah yang paling berpengaruh kepada daya penstabilan roda. Jadi, jika rim lebih berat, ia mungkin menolak roda ke belakang tegak dengan daya yang lebih kuat, sudah tentu?
Ruina di Universiti Cornell melukiskan gambaran samar tentang konsensus saintifik: 'Tiada jawapan yang pasti sama ada rim yang lebih berat lebih stabil. Tetapi trendnya nampaknya giroskop yang lebih besar terasa lebih stabil.’
Jadi itu membayangkan bahawa rim yang lebih berat, bukannya roda keseluruhan yang lebih berat, boleh menawarkan lebih kestabilan.
Tetapi ada sudut lain yang perlu dipertimbangkan. Williams berkata, 'Roda inersia yang lebih tinggi akan mempunyai kesan giroskopik yang lebih berkuasa, namun terdapat kesan giroskopik kedua - lebih pantas bar hendal digerakkan, lebih besar rintangan giroskopik untuk dipusing. Inersia yang tinggi menjadikannya lebih sukar untuk memusingkan hendal dan menyandarkan basikal.’
Rim yang berat akan menjadikan anda lebih stabil semasa anda menunggang, tetapi mungkin mengorbankan jenis ketangkasan yang mungkin didayakan oleh stereng yang lebih bebas dan lebih pantas.
Ruina sedikit tidak bersetuju, walaupun. 'Jika anda katakan basikal terasa sangat pantas apabila dikendalikan, hampir pasti ia mempunyai kaitan dengan geometri basikal dan pengedaran jisim dalam pemasangan stereng,' katanya.
‘Dan ingat, berat yang paling berpengaruh dalam bersandar di sudut ialah anda.’
Akhirnya, jika anda jenis penunggang yang mencari peningkatan kecil dalam prestasi kit anda, anda harus menumpukan pada mencari rim paling ringan dan bukannya roda keseluruhan yang paling ringan.
Atau anda boleh lakukan apa yang kami lakukan yang lain, dan pilih yang kelihatan paling menarik.
