¿Las ruedas ligeras superan a un cuadro ligero?

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¿Las ruedas ligeras superan a un cuadro ligero?
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Anonim

¿Son las ruedas los mejores componentes para actualizar si buscas ahorrar peso en la bicicleta? Separamos los hechos del giro

'Una libra sobre las ruedas vale dos sobre el cuadro', o eso dicen. Esa sabiduría convencional ha regido el enfoque de la selección de ruedas para muchos ciclistas: si alguna vez hubo un lugar para gastar el dinero para ahorrar unos gramos, son las ruedas.

Pero como suele ser el caso con la sabiduría convencional, estamos lejos de estar contentos de dejarlo así.

La idea de que el peso de un juego de ruedas es más importante que cualquier otra parte de la bicicleta se basa en el hecho de que las ruedas se mueven más que cualquier otra parte de la bicicleta.

Andy Ruina, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Cornell, lo expresa de manera bastante simple: “La parte superior de la rueda va el doble de rápido que la bicicleta. Y la dirección opuesta [la parte inferior de la rueda] no cancela esa velocidad.

'Por lo tanto, tiene el doble de energía cinética, por lo que se necesita el doble de fuerza para ponerla en marcha y hace que la bicicleta frene el doble.'

Peso v aceleración

El peso es tan importante en el gran esquema del movimiento de la bicicleta debido a su relación con la aceleración. Cuando algo se mueve a una velocidad constante, todas las fuerzas que lo empujan y lo ralentizan están en equilibrio.

Un aumento razonable de peso no supondrá ninguna diferencia, salvo un ligero aumento en la fricción o la resistencia a la rodadura que pueda causar.

Sin embargo, al aumentar o disminuir la velocidad, entra en vigor la segunda ley de Newton: fuerza=masa x aceleración. Así que cuanta más masa tengas, más fuerza necesitarás para aumentar la velocidad.

Entonces, ¿por qué, entonces, hace una onza de diferencia si el peso está en una rueda en lugar de un cuadro?

Aquí es donde se complica un poco, gracias a la inercia. La inercia es la resistencia de un objeto a un cambio en su movimiento; es la razón por la que se necesitaría un esfuerzo para acelerar una bicicleta incluso en un universo sin fricción.

Las ruedas, la bicicleta y el ciclista tienen inercia, pero con las ruedas el efecto se magnifica porque giran.

Steve Williams, el principal ingeniero de dinámica de vehículos de Lotus, dice: 'En el caso de una rueda, debido a que tiene mucha masa distribuida alrededor de la llanta, a cierta distancia del centro de la rueda, eso le da inercia. '

Esa inercia esencialmente significa una resistencia a la rotación de la rueda. A veces se le llama inercia rotacional pero, más exactamente, se le llama momento de inercia.

Williams agrega: "Debido a que una bicicleta rueda sobre sus ruedas, no solo tienes que empujar esa masa por el aire más rápido, sino que también tienes que hacer que la rueda gire más rápido". La inercia de la rueda resistirá el aumento de la velocidad de rotación.’

Sin embargo, lo más importante es que la inercia está determinada por la distancia de una masa desde el centro de rotación: 'Un momento de inercia es el resultado de una masa a una distancia del eje alrededor del cual gira, en en el caso de una rueda es la distancia de la masa al eje del husillo.'

Ve al grano

Toda esta charla científica nos lleva al meollo del asunto. No es suficiente decir que una rueda pesada es más un estorbo que un marco pesado porque todo depende de dónde se distribuya ese peso en la rueda.

Es demasiado simplista afirmar que "una libra en las ruedas vale dos en el cuadro". El profesor Jim Papadopoulis, autor de Cycling Science, dice: "Resulta que un poco de masa justo en la circunferencia se cuenta dos veces, un poco de masa en el centro del radio 1,5 veces y un poco de masa en el cubo se cuenta dos veces". contado una vez.'

Sobre esa base, deberíamos adaptar la frase para decir 'una libra en las llantas vale dos en los cubos', pero Williams en Lotus es escéptico sobre las ganancias declaradas que se obtienen con llantas más ligeras.

‘Podemos ver que la reducción de la inercia de la rueda tiene un efecto beneficioso sobre la reducción de la masa no giratoria, pero es muy pequeño. En realidad, es probable que la masa salvada de las llantas de las ruedas sea menos del 10 % más beneficiosa que la misma masa salvada del resto de la bicicleta”.

Algunos cálculos bastante complejos revelan que la ventaja en términos de aceleración al reducir el peso de las llantas sería del 0,9 %, frente al 0,8 % al reducir el peso del cuadro.

Si las ganancias que se obtienen al reducir el peso de la masa giratoria en su bicicleta están abiertas a debate, la siguiente área a considerar es la giroscópica.

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Obteniendo giroscopio con él

Un giroscopio es una rueda o disco que gira alrededor de un eje de tal manera que se estabiliza. Eso se debe a los efectos del momento angular: cuando el punto superior de una rueda comienza a empujarla hacia la derecha, por ejemplo, una vez que la rueda ha girado media vuelta, ese mismo punto de la rueda está al revés y de repente empuja la rueda. rueda de vuelta a la izquierda.

El efecto giroscópico del giro es la razón por la que un trompo se mantiene erguido y la razón por la que las ruedas de las bicicletas juegan un papel importante para mantenernos erguidos.

Debido a que un giroscopio funciona según el principio básico de las fuerzas angulares, el peso en la parte más externa de la rueda es el que más influye en la fuerza estabilizadora de la rueda. Entonces, si una llanta es más pesada, puede empujar una rueda hacia atrás con una fuerza mayor, ¿seguramente?

Ruina en la Universidad de Cornell pinta una imagen turbia del consenso científico: 'No hay una respuesta definitiva sobre si una llanta más pesada es más estable. Pero la tendencia parece ser que un giroscopio más grande se siente más estable.'

Eso sugiere que una llanta más pesada, en lugar de una rueda más pesada en general, podría ofrecer más estabilidad.

Pero hay otro ángulo a considerar. Williams dice: "Una rueda de mayor inercia tendría un efecto giroscópico más potente, sin embargo, hay un segundo efecto giroscópico: cuanto más rápido se gira el manillar, mayor es la resistencia giroscópica para girar". Así que la alta inercia hace que sea más difícil girar el manubrio e inclinar la bicicleta.'

Una llanta pesada te hará más estable mientras conduces, pero puede sacrificar el tipo de agilidad que podría permitir una dirección más libre y rápida.

Sin embargo, Ruina no está de acuerdo. "Si dices que una bicicleta se siente muy rápida cuando la manejas, casi seguro que tiene que ver con la geometría de la bicicleta y la distribución de masa en el conjunto de la dirección", dice.

‘Y recuerda, el peso más influyente involucrado en inclinarse en una esquina eres tú.’

Al final, si eres el tipo de ciclista que busca pequeñas mejoras incrementales en el rendimiento de su kit, debes concentrarte en encontrar las llantas más livianas en lugar de la rueda más liviana en general.

O simplemente podrías hacer lo que hacemos los demás y elegir los que se vean más geniales.

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