Parte 4A: Resistencia a la rodadura (la historia y los trabajos anteriores)

La Parte 4A en esta serie cubre la historia de la resistencia al rodamiento de bicicletas y el cómo y por qué los neumáticos los neumáticos son tan increíbles.  Si solo desea ver los datos, puede saltar a Parte B aquí

En 2007-2008 durante el desarrollo de la rueda de Paris-Roubaix, tuve un momento interesante en el bosque Arenberg.  Estaba trabajando con uno de los ganadores de Roubaix más famosos de los últimos 10 años, uno con el que también había trabajado para ganar etapas de gira, contrarreloj de gira e incluso un campeonato mundial.  Habíamos estado ejecutando neumáticos a presiones cada vez más bajas tratando de encontrar el punto en el que una falla de la llanta/rueda era inevitable y justo allí, trazada en la pantalla había una tendencia que se ha congelado en mi cerebro durante estos últimos años: cada vez que bajamos Presión, fue más rápido.

Durante mucho tiempo se sabe en CX y las carreras de bicicletas de montaña que las presiones más bajas son más rápidas, pero en las carreras de carretera y el triatlón nos hemos mantenido durante mucho tiempo en la creencia de que la mayoría de las superficies de los caminos e incluso los adoquines son lo suficientemente suaves como para que las presiones más altas sean más rápidas, a expensas de consuelo.  Incluso al comienzo de mi historia con las pruebas de París Roubaix (~ 2005), la creencia era que necesitábamos encontrar presiones lo suficientemente altas como para ser rápidas, pero lo suficientemente bajas como para que los jinetes pudieran manejar las bicicletas sobre secciones empedradas.  Y, sin embargo, justo allí, en todos los que lo miramos en la computadora, se repiten en múltiples ciclistas: la presión inferior era más rápida.

Avance rápido hasta hoy y tenemos numerosas buenas fuentes para las pruebas de CRR (coeficiente de resistencia a la rodadura), y tenemos un movimiento real para identificar y mejorar los aspectos de los neumáticos de alto rendimiento.  En muchos sentidos, en muchos sentidos, en una era dorada del avance de resistencia a la rodadura de neumáticos, en la forma en que la década de 2000 era la era del avance aerodinámico masivo.  Sin embargo, ninguno de los estudios de CRR en el laboratorio aún no ha explicado o predecir realmente el fenómeno que vimos en el bosque Arenberg. 

Una teoría en la fabricación

En los últimos 10 años, dos fuentes que conozco han identificado efectos similares en sus datos, Jan Heine de Bicycle Quarterly ha escrito sobre el efecto que llama 'pérdidas de suspensión' que puede leer AQUÍ.  Parte del trabajo más interesante de Jan es mirar la potencia requerida para viajar en diferentes superficies, incluidas las muy agresivas como las tiras de retumbantes de la carretera.  

La teoría detrás de las 'pérdidas de suspensión' se basa en la experiencia de neumáticos preneumáticos y también es un tema de discusión entre los atletas de patinaje en línea.  Los neumáticos sólidos hacen que la rugosidad de la superficie sea increíblemente evidente para el atleta tanto en términos de comodidad como de velocidad. 

Imagine un neumático rígido y una rueda rodando sobre un golpe de 5 mm en la carretera.  En este caso, el neumático es rígido, por lo que toda la rueda/neumático y, por lo tanto, la bicicleta se elevará y reducirá por 5 mm.

 

 

Modelo de un neumático rígido en un golpe de 5 mm. Este escenario es literalmente cómo las primeras bicicletas de 'boneseshaker' se ganaron sus nombres, no fue ni rápido ni cómodo.

 

 

El jinete de la bicicleta se convierte en el sistema de suspensión para absorber el golpe, ya que el neumático es incapaz de manejarlo en el punto de impacto.  El impulso hacia adelante de la bicicleta se convierte en una fuerza vertical que se absorbe parcialmente dentro del cuerpo del conductor, así como se absorbe en fricción en los puntos de contacto entre la bicicleta y el jinete.  

Otra forma de describirlo es que el golpe es esencialmente elevar todo el sistema por 5 mm y dejarlo caer en una especie de presente de banca de pavimento de la bicicleta y el jinete.  Piense en 1000 baches de 5 mm en el camino como el camino que hace 1000 mini press-bench de un objeto de 180 libras y queda claro que la energía no se usa sabiamente en este escenario.

Los neumáticos fueron una revolución tan revolución como no solo se sentían más cómodas, sino que también demostraron ser significativamente más rápidos que los neumáticos sólidos que reemplazaron.  

Mirando el golpe similar con un neumático modelado a 100 pSi y vemos que en lugar de levantar el sistema en 5 mm, el sistema solo se levanta a 1 mm del suelo, con los otros 4 mm de desplazamiento absorbido por el neumático.  Como el neumático es muy eficiente, gran parte de la energía absorbida se devuelve con las pérdidas principales que son pequeñas cantidades de calor producidas en la carcasa de los neumáticos.

 

Modelo de neumático de 23 mm a 100 pS de 5 mm.  Todo el sistema se levanta 1 mm con el resto absorbido por el neumático. 

Nuestro segundo punto de datos provino de Tom Anhalt, que ha estado estudiando resistencia a la rodadura y otra física para bicicletas en su sitio web AQUÍ

Tom ha recogido el bastón de Al Morrison y había estado midiendo y publicando datos de resistencia a la rodadura de neumáticos de bicicleta tomados en rodillos.  Tom publicó una pieza muy interesante en 2009 relacionada con las diferencias entre las pruebas de rodillos y las pruebas del mundo real, donde pudo hacer coincidir los datos de los rodillos con presiones más bajas, pero vio una divergencia en los datos a presiones más altas.  El artículo de Tom que menciona esto se publicó en Slowtwitch.com y se puede encontrar AQUÍ

Similar a los datos de Jan Heine, Tom descubrió que la resistencia a la rodadura disminuyó a medida que la presión aumentó hasta un punto, y luego comenzó a aumentar nuevamente como se muestra a continuación:

 

 

La prueba de neumáticos del mundo real de Tom Anhalt en la superficie de asfalto 'buena', en comparación con el neumático idéntico probado en rodillos por Al Morrison

Tom acuñó la frase "presión de punto de interrupción" para describir el punto en el que la CRR cambió de disminuir con la presión a aumentar con la presión.  Tom también fue el primero en teorizar que podríamos estimar lo que él llamó "pérdidas transmitidas", que fueron las pérdidas debido a la vibración y la rugosidad y que podríamos (y deberíamos) modelarlos en nuestras teorías sobre la presión óptima de los neumáticos.  

Un nuevo término: impedancia rodante o simplemente impedancia

Para el resto de esta serie, utilizaremos el término impedancia para definir esta resistencia al movimiento hacia adelante causado por la rugosidad de la superficie.  He robado el término impedancia de la ingeniería eléctrica donde se define como la resistencia de un circuito a una corriente alterna.  La frase se siente más natural para mí que cualquiera usada anteriormente y también fue aprobada por Tom Anhalt, por lo que esperamos que se quede.

La Parte 4B llevará el concepto de impedancia al siguiente nivel y nos ayudará a comenzar a comprender cómo compensar con nuestras presiones de neumáticos.  Haga clic aquí para leer la Parte 4B