Tất cả chúng ta đã phải vật lộn với những con số 20%, 25%, thậm chí 30%. Nhưng con đường sẽ phải dốc đến mức nào trước khi nó không thể đi bằng xe đạp?
Đó là một điều kỳ lạ - việc theo đuổi độ dốc của chúng tôi. Người ta thường nghe thấy những tay đua tự hào về việc chinh phục dãy núi Alpine, lái xe không ngừng lên trời với độ dốc 20% trong vài km hoặc tăng vọt lên đến 40% ở tâm của chiếc kẹp tóc.
Nhưng hãy nhớ rằng độ dốc 100% chỉ tạo ra độ dốc 45 ° - một mét thẳng đứng cho một mét ngang - chắc chắn độ dốc gần 100% sẽ không thể đi được. Có phải không?
Chúng tôi quyết định tìm đến các chuyên gia để tìm hiểu.
Điều đầu tiên đầu tiên. Khi chúng tôi nói 'độ dốc lớn nhất', chúng tôi không nói về những cái gai kỳ dị ở độ dốc của đường hoặc nền thẳng đứng của một nửa đường ống.
Chúng tôi chỉ có thể xem xét một đoạn nghiêng liên tục mà người đi xe đạp trên đường có thể cố gắng lái trong một khoảng thời gian hợp lý.
Rhett Allain, giáo sư vật lý tại Đại học Đông Nam Louisiana và là blogger lâu năm của tạp chí Wired, nói:Thật kỳ lạ, sức mạnh không phải là yếu tố giới hạn để vượt qua những đỉnh núi cao nhất.
‘Nếu bạn không quan tâm đến tốc độ, bạn có thể lên dốc bất kỳ với một lực rất nhỏ miễn là có đủ ma sát,” anh ấy nói.
‘Ví dụ: bạn có thể nhận được các động cơ nhỏ nhỏ để nâng tải rất nặng nếu bạn sử dụng đủ ròng rọc.’
Nếu bạn có thể tạo tỷ số truyền phù hợp trên chiếc xe đạp của mình, thì ngay cả với công suất cực nhỏ, bạn vẫn có thể leo lên bất kỳ độ dốc nào - trên lý thuyết.
Thực tế là khác nhau. Một tỷ số truyền cho phép bạn leo lên những đường dốc cực độ sẽ yêu cầu bạn xoay chân như điên trong khi chỉ bò về phía trước. Bạn sẽ sớm lật đổ.
Allain đặt tốc độ tối thiểu bạn muốn để leo lên là tốc độ đi bộ hoặc khoảng hai mét mỗi giây. Bằng tính toán của mình (hơi phức tạp để thảo luận ở đây), anh ấy đặt độ nghiêng tối đa cho công suất 422 watt ở tốc độ 2m / s (4,5mph) là 40%.
Vì vậy, 40% có thể là nơi sức mạnh của con người tìm thấy sự phù hợp của nó theo một hướng nghiêng - ngoài ra bạn cũng có thể bước đi. Nhưng đối với những người trong chúng ta ít quan tâm đến thực tế hơn và quan tâm nhiều hơn đến việc chứng minh rằng chúng ta không thể bị đánh bại bởi độ dốc, thì phải có khả năng leo lên độ nghiêng lớn hơn 40% nếu chúng ta chuẩn bị đi đủ chậm.
Điều chúng tôi muốn biết là ở góc độ nào mà các định luật vật lý sẽ ngăn chúng tôi leo lên bất kể công suất phát hay tỷ số truyền của chúng tôi.
Cân bằng ưu tiên
Nếu chúng ta đi lên một ngọn đồi càng lúc càng dốc, thì phải đến một thời điểm mà chúng ta chỉ đơn giản là nhón người về phía sau.
'Nếu bạn coi một chiếc xe đạp là ba điểm, khối tâm và hai điểm tiếp xúc [bánh xe], thì nếu trục thẳng đứng của khối tâm vượt ra ngoài một trong hai điểm tiếp xúc đó thì chiếc xe đạp sẽ bị lật, 'Allain nói.
Keith Bontrager, người đi tiên phong trong vai trò của trọng tâm [CG] trong việc phù hợp với xe đạp, giải thích, "Không đơn giản để tìm thấy CG của người lái bằng phương tiện cơ học."
Nhưng anh ấy đã đặt CG của một vận động viên leo núi trên một đường thẳng ‘2-3cm sau trục bàn đạp ở vị trí chín o’clock pedal”.
Bằng những tính toán của chúng tôi (khá phi khoa học), chúng tôi tính toán rằng người lái xe trung bình, ngồi bình thường, sẽ có CG phía trước khoảng 58 cm và cao hơn 120 cm so với điểm bánh sau tiếp xúc với đường.
Bây giờ, để xác định thời điểm mà người lái sẽ ngã về phía sau, chúng ta phải thực hiện một phép toán lượng giác nhỏ. (Nếu bạn quan tâm: góc nghiêng=90 - (Tan-1(chiều cao của CG ÷ bánh sau so với CG nằm ngang).
Từ đó, chúng tôi nhận được câu trả lời là điểm tới hạn là 25,8 °, hay 48%. Vì vậy, bạn hiểu rồi đấy, độ dốc tuyệt đối dốc nhất là 48%. Hay là nó?
Khi góc nghiêng, bạn khó có thể ngồi "bình thường". Bontrager lập luận, "Một người lái xe tránh bị lật bằng cách nghiêng người về phía trước khi leo lên rất dốc. Điều này thường xảy ra đối với những người đi MTB.’
Vì vậy, chúng tôi đã tính toán lại dựa trên việc người lái được kéo dài ra trên các thanh càng nhiều càng tốt và chúng tôi đã tìm thấy độ nghiêng tối đa mới là 41 °, tương đương 86,9%.
Tất nhiên, nghiêng người về phía trước trên đường nghiêng sẽ làm mất lực kéo của lốp sau, có thể khiến xe trượt xuống sườn đồi một cách đáng báo động. Điều này đưa chúng tôi đến hạn chế chính trong hành trình tìm kiếm độ dốc của chúng tôi: lực kéo.
Trượt trượt đi
Để di chuyển trên một chiếc xe đạp, bạn cần có ma sát để chống lại chuyển động của lốp. Khi độ nghiêng tăng lên, ma sát giảm do trọng lực hai bề mặt bị đẩy vào nhau ít mạnh hơn. C
hristian Wurmbäck, giám đốc sản phẩm của Continental, cho biết, "Tôi có thể nói rằng độ bám của lốp sẽ là yếu tố đầu tiên hỏng hóc trên đường dốc rất lớn."
Nhưng việc tìm ra điểm giới hạn chính xác rất khó. Để bắt đầu, chúng ta phải biết hệ số ma sát của lốp - về cơ bản nó dính như thế nào.
Điều đó không dễ xác định, như Wurmbäck giải thích: Bạn thực sự không thể nói. Nó phụ thuộc vào bề mặt, cho dù nó ướt hay khô. Ý tưởng rằng có một con số phù hợp về mặt lý thuyết cho tất cả các điều kiện - nó không thực sự tồn tại.’
Vì vậy, trong khi thực tế có thể phức tạp hơn, các ước tính cho hệ số ma sát của cao su nguyên chất trên đường băng thay đổi từ 0,3 trên bê tông ướt lên đến 0,9.
Tính toán củaGiáo sư Allain, dựa trên hệ số ma sát ước tính là 0,8 (mà ông mô tả là 'lạc quan') đặt góc tối đa mà lực kéo của lốp có thể chịu được là 38,7 °, hoặc khoảng 80%.
Mất kềm
Ở mức 80% đã khiến độ bám đường của lốp xe là điểm hỏng đầu tiên, nhưng đây vẫn có thể là sự đánh giá quá cao về độ dốc có thể xảy ra. Hệ số 0,8 dựa trên ý tưởng về một loại lốp hoàn toàn bằng cao su, rất hiếm.
Wurmbäck nói, ‘Chúng tôi muốn lốp cứng hơn và bền hơn so với cao su nguyên chất. Nếu bạn có một chiếc lốp siêu cứng, nó cũng không bám đường.’
Hơn nữa, độ nghiêng hơn 30% thường yêu cầu lát bê tông hơn là đường băng, ước tính hệ số ma sát với cao su gần bằng 0,6 khi chuyển động.
Đưa con số đó trở lại phương trình của Allain, lực kéo có thể không đạt ở mức 60%. Điều đó mà không cần đi sâu vào sự phức tạp của việc phân bổ trọng lượng giữa các bánh xe với tư thế leo dốc triệt để mà người lái phải áp dụng.
Wurmbäck nói, ‘Có nhiều cách để tăng đáng kể ma sát - như bôi keo lên bề mặt. Nhưng thực tế hơn, bạn muốn có một chiếc lốp ấm và bề mặt ấm, vào những ngày nắng nóng, lốp xe ít bị trượt hơn với một chiếc lốp rộng.’
Cũng như hệ số, còn có diện tích bề mặt, được tạo bởi biên dạng lốp, để xem xét. Nhưng chúng tôi có thể sẽ cần một vài trang khác để thậm chí làm xước bề mặt của trang đó.
Rất nhiều yếu tố dao động đóng một vai trò trong việc hạn chế độ dốc của chặng leo dốc nhất. Nhưng nếu sang số, sức mạnh và vị trí leo dốc của bạn cho phép bạn đi về phía bắc của độ dốc 60%, bạn có thể mong đợi lực kéo của mình có thể khiến bạn gục ngã bất cứ lúc nào.
Trừ khi bạn có sẵn một lọ keo.
