Chúng tôi tạm dừng cuộc tranh luận về bánh xe tuyệt vời bằng cách lấy ra các sách giáo khoa khoa học
Có một loạt các bánh xe đáng kinh ngạc trên thị trường, hầu hết đều tuyên bố giúp bạn nhanh hơn và hiệu quả hơn. Nhiều người đặt ra vấn đề quan trọng về độ sáng của chúng, nhưng hiếm khi họ giải thích phần lớn khối lượng nằm ở đâu trên bánh xe: trung tâm hay vành xe?
Điều đó khiến chúng tôi phải suy nghĩ. Nếu bạn có hai bánh xe có trọng lượng và thiết kế tổng thể giống nhau, nhưng một bánh có trọng lượng lớn hơn ở trung tâm và bánh kia có trọng lượng lớn hơn ở vành, điều này sẽ khiến bạn nhanh hơn trong quá trình đi xe bình thường? Đã đến lúc lấy lại sách giáo khoa vật lý cũ.
Hãy bắt đầu với quán tính. Mômen quán tính hoạt động theo nguyên tắc: khối lượng càng xa tâm quay thì khó quay hơn khối lượng gần tâm quay. Tất nhiên, trong môn đạp xe, cái trước có nghĩa là vành, cái sau là trung tâm. Định luật thứ hai của Newton về chuyển động, khi liên quan đến các vật thể quay, cho biết α=t / i trong đó α là gia tốc quay, t là momen xoắn thực và i là momen quán tính. Nói cách khác, quán tính càng cao thì gia tốc càng chậm đối với cùng một mô-men xoắn.
Marco Arkesteijn, nhà khoa học thể dục và thể thao tại Đại học Aberystwyth, cung cấp một cách hiểu khác về quán tính: ‘Hãy xem xét một vận động viên trượt băng nghệ thuật đang quay tại chỗ với hai cánh tay dang rộng. Chúng xoay quanh điểm giữa của cơ thể - phần đứng yên. Đây là tâm quay của chúng. Bằng cách thọc tay vào cơ thể, chúng sẽ tăng tốc độ quay. Những gì họ đang làm là giảm khối lượng ở xa tâm quay nhất, điều này làm giảm quán tính. Khi năng lượng trong hệ không đổi, vận tốc góc của chúng tăng lên. '
Tóm lại, có vẻ như trọng lượng thấp hơn ở vành xe tương đương với gia tốc nhanh hơn vì nó cần ít năng lượng hơn để đạt được tốc độ nhất định. Bạn có thể thấy lợi thế của điều này khi một tay đấm như Philippe Gilbert tăng tốc độ leo dốc - một kịch bản đã được xác minh trên đường. Giám đốc sản phẩm của Mavic, Maxime Brunand, đã tiến hành một thử nghiệm, trong đó anh ta thêm 50g vào hai bộ bánh xe - ở vành trên một bộ, ở bộ phận khác - và có công suất cho người lái lên đến 500 watt trên độ dốc 10% và xem họ mất bao lâu để đi được 20kmh. Ông nói: “Bánh xe có thêm trọng lượng vành xe mất thời gian dài gấp 5 lần để đạt 20kmh so với khi sử dụng cùng một vành xe trên mặt phẳng. ‘Sử dụng các bánh xe có thêm trọng lượng ở trung tâm, chỉ mất bốn lần thời gian để đạt được tốc độ ngang tương đương. Về cơ bản, trên những ngọn đồi, quán tính trở nên quan trọng hơn.”Nhóm nghiên cứu của Pháp cũng nhận thấy rằng trên đường bằng phẳng“dễ duy trì tốc độ hơn”bằng cách sử dụng bánh xe có trọng lượng lớn hơn ở vành.
Hiệu ứng bánh đà
Điều đó đưa chúng ta vào hiệu ứng bánh đà. Một vành xe nặng hơn có thể truyền động lượng cho người lái xe khi tăng tốc, giống như bánh xe đầu máy truyền động lực cho động cơ hơi nước? Ondrej Sosenka đã phá kỷ lục Giờ vào năm 2005, với quãng đường 49,7km. Tay đua người Séc là một trong những tay đua lớn nhất từng đua chuyên nghiệp, vượt qua mức cân nặng 90kg và cao hai mét. Chiếc xe đạp kỷ lục của anh nặng 9,8kg bao gồm cả bánh sau 3,2kg - lý do là theo Sosenka, rằng trong khi một bánh nặng hơn mất nhiều thời gian hơn để đạt tốc độ tối đa, một khi đến đó sẽ dễ dàng hơn. Ở khía cạnh khác, Eddy Merckx đã phải nỗ lực rất nhiều để giữ cho toàn bộ chiếc xe đạp của mình nhẹ nhất có thể khi đua trên đường đua.
Vậy ai đúng? Paul Lew, giám đốc sáng tạo của Reynolds Wheels, cho biết: “Trong một số trường hợp, bánh xe nặng hơn một chút ở vành có thể dẫn đến thời gian nhanh hơn, chẳng hạn như trên đường bằng phẳng. ‘Nó cũng có thể có lợi cho người đi xe đạp, người sử dụng hầu hết sức lực của họ vào bàn đạp xuống dốc. Bánh xe nặng hơn có thể giúp lấp đầy lực còn thiếu ở phần phía sau và phần hướng lên của nhịp bằng cách truyền động lượng của bánh xe đến nhịp xuống. '
Vậy có xứng đáng để Sir Brad nạp vào vành của mình bằng chì khi cố gắng lập kỷ lục Giờ trong tháng 6 không? Và đối với những người đi xe bình thường trên đường thì sao? Lew nói: “Mặc dù đúng là bánh xe hơi nặng hơn có thể dẫn đến thời gian nhanh hơn trong một hành trình hoàn toàn bằng phẳng, nhưng đây là ngoại lệ, không phải là quy luật. Trên hầu hết các chuyến đi trên đường, trọng lượng tăng thêm sẽ chứng minh một trở ngại hơn là một lợi ích: ‘Cuối cùng, động lượng tạo ra bởi một bánh xe được sử dụng với mục đích tạo ra hiệu ứng bánh đà để tăng vận tốc sẽ khiến người đi xe đạp phải trả giá. Người đi xe đạp sẽ nhận ra lợi nhuận và lợi nhuận ít hơn chi phí bỏ ra. Chi phí sẽ không lớn hơn lợi nhuận.’
Còn bánh xe nhỏ hơn thì sao?
Có vẻ như hiệu ứng bánh đà của vành nặng chỉ mang lại hiệu quả trong những trường hợp rất cụ thể, trong khi việc giảm trọng lượng của vành có thể mang lại lợi ích thực sự bất cứ khi nào leo hoặc tăng tốc. Và bởi vì quán tính càng tăng càng xa khối lượng từ trung tâm, có tranh cãi cho việc tất cả chúng ta sử dụng bánh xe 650c nhỏ hơn thay vì 700c thông thường không? Đó là một xu hướng được thấy trong ba môn phối hợp vào những năm đầu đến giữa những năm 1990 và nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng một bánh xe như vậy sẽ tiết kiệm được 8% trọng lượng.
“Tôi nghĩ rằng bất kỳ lợi thế nào cũng bị phủ nhận bởi một số yếu tố, bao gồm cả sự thoải mái,” Arkesteijn nói. ‘Tiếng ồn từ mặt đường dữ dội hơn vì bán kính nhỏ hơn.’ Một bánh xe 650c cũng phải quay nhiều hơn 700c (510 vòng mỗi km so với 475 khoảng) nghĩa là nhiều ma sát hơn. Arkesteijn tiếp tục: "Một tay đua lớn hơn sẽ cảm thấy tiếng ồn đó dữ dội hơn vì trọng lượng tăng thêm của họ". Tất nhiên, điều mà không ai trong số này tính đến là khí động học. Vành xe nặng hơn có thể mang lại lợi thế nếu trọng lượng đó được sử dụng để tạo ra một hình dạng tốt hơn để chạm khắc trong không khí. Jonathan Day của Strada Handbuilt Wheels cho biết: “Nếu bạn là một đơn vị lớn và có thể giữ tốc độ của mình khi leo dốc, thì vành xe nặng hơn sẽ ít gây bất lợi hơn cho bạn vì bạn sẽ tận hưởng được hiệu ứng khí động học lớn hơn."Tuy nhiên, nếu bạn gầy 62kg và leo núi giỏi, bạn muốn có thứ gì đó nhẹ ở vành xe để tăng tốc tối đa khi lên dốc."
Tuy nhiên, cuối cùng thì hầu hết mọi người không có nhiều loại bánh xe để lựa chọn cho phù hợp với mọi loại hình đi xe và điều kiện đường xá. Vì vậy, ngoại trừ trong những trường hợp rất cụ thể và điều kiện hoàn hảo, vành xe nhẹ hơn thường tốt hơn để tối đa hóa tốc độ và sự thích thú của bạn. Và bất chấp cơn đau xé phổi và những dòng mồ hôi, đó là tất cả những gì hoạt động đạp xe.
