Manote, kad esate greitas, žinote, kad galėtumėte būti greitesnis, bet koks yra didžiausias fiziškai įmanomas greitis? Mes sužinojome
Štai, važiuoji žemyn, lyg nuo to priklausytų tavo gyvybė. Pritūpęs virš strypų, b alti piršteliai sugriebę lašus, pažvelgi žemyn į savo dviračio kompiuterį ir matai, kaip figūra spragteli iki 70 km/h. O taip, tu dabar tikrai skrendi. Tačiau dar nespėjus įsibėgėti, kelio ženklas signalizuoja apie sankryžą, o jūs nuspaudžiate stabdžius, kad galėtumėte saugiai sustoti.
Bet kas būtų, jei tos sankryžos ten nebūtų? O kas, jei nebūtų kliūčių, vingių ar šunų klaidžiojančių į kelią, o šlaitas būtų toks ilgas, lygus ir status, kokio tik galite norėti?
Kaip greitai tada galėjai važiuoti? Pradėkime atsakyti į šį klausimą žiūrėdami į tai, kas jus sulaiko.
Gyvenimas yra vilkimas
„Tai būtų galutinis greitis“, – aiškina Robas Kitchingas, internetinės aerodinaminės aprangos Cycling Power Lab įkūrėjas. „Kalbant apie važiavimą dviračiu, tai yra taškas, kuriame aerodinaminio pasipriešinimo ir pasipriešinimo riedėjimui bendros stabdymo jėgos yra lygios gravitacijos ir galios jėgoms.“
Kiek daug įtakos turi gravitacija, priklauso nuo nuolydžio stiprumo. „Jei nustatysite begalinį nuolydį, kitaip tariant, sieną, padangos ar dviračio konstrukcija neapkraus“, – sako Ingmaras Jungnickelis, „Specialized“tyrimų ir plėtros inžinierius.
‘Dėl to netektų ir jūs šoktumėte parašiutu.’
Arba techniškai „greitasis šuolis parašiutu“, kai tikslas yra pasiekti ir išlaikyti didžiausią galimą greitį. Išmeskite žmogų iš lėktuvo pilvu žemyn ir jis pasieks iki 200 km/h greitį; galva pirma ir mes kalbame apie 250-300 kmh; galva pirmiau ir dėvint supaprastintą specialistų aprangą, galima pasiekti iki 450 km/h greitį.
„Tačiau tai nėra važiavimas dviračiu, todėl nekreipkime į tai dėmesio ir važiuokime tikru keliu“, – tęsia Jungnickel. Žvelgiant po pasaulio gatves, Baldwin gatvė Dunedine, Naujojoje Zelandijoje, turi abejotinos garbės būti stačiausiu keliu planetoje 35–38° kampu, priklausomai nuo to, kuo tikite.
'Šio kelio nuolydis, bet pailgintas daugiau nei 350 m atstumas, ramiomis sąlygomis ir 400 vatų galia kelyje esantis motociklininkas galėtų pasiekti 89,48 mylių per valandą [144 km/h] greitį“, – sako Jungnickel.
Tai šiek tiek greičio, bet vis tiek beveik 80 km/h nesiekia pasaulio greičio nuokalnėje rekordo, kurį pernai pasiekė prancūzas Éricas Barone'as, 2015 m. pasiekęs 223,3 km/h sniegu padengtoje Chabrières greičio trasoje Prancūzijos Alpėse.
Taigi, norint sumažinti pasipriešinimą riedėjimui, mūsų šlaitas turėtų būti apledėjęs? Anot Jungnickel, nebūtinai. „Tokiu greičiu oro pasipriešinimas yra apie 99,5 %.“
Palyginti su maždaug 50 % važiuojant 12 km/h greičiu. Oro pasipriešinimas didėja kuo greičiau važiuojate, taigi kokius metodus turėtų naudoti mūsų įsivaizduojamas dviratininkas, kad pasiektų maksimalų greitį ir nepaisytų oro pasipriešinimo?
Laikyk tai aero
„Akivaizdi pozicija yra svarbi“, – sako Jungnickelis. „Todėl atlikau skaičiavimus su motociklininku, optimizuotu laiko bandymo pozicijoje, ir pagal mūsų pailgintą Baldwin Street analogiją 400 W motociklininkas galėjo pasiekti 200 mylių per valandą [322 km/h] greitį.“
Kai Jungnickel sako optimizuota, jis kalba apie visą aerodinaminį meniu. Tai reiškia, kad šalmas su ašaromis ir padėtis, kad šalmo uodega natūraliai tekėtų į lygią, supaprastintą nugarą.
Aptemptas odos kostiumas taip pat būtinas norint sumažinti oro pasipriešinimą.
„Tiesą sakant, tai labai svarbu“, – sako Robas Lewisas iš „TotalSim“skaičiavimo skysčių dinamikos specialisto. „Medžiagos tipas, siūlių išdėstymas ir paviršiaus apdorojimas yra labai svarbūs. Galite kalbėti apie 12–15 % atsparumo skirtumą tarp gero ir blogo kostiumo.’
Lewisas taip pat teigia, kad kojinių traukimas kuo toliau yra aerodinamiškai efektyvesnis nei batai, o siauras tų aerobarinių ilgintuvų suėmimas taip pat šiek tiek sumažins pasipriešinimą.
Taip pat norėtumėte ašaros formos vamzdelių, nes, kaip nurodyta pirmiau, jis padeda sumažinti aerodinaminio pasipriešinimo (CdA) koeficientą. Tai apima objekto slidumą ir dydį bei jo priekinę sritį.
Physics teigia, kad objektas, kurio pasipriešinimo koeficientas lygus nuliui, iš tikrųjų negali egzistuoti Žemėje – viskas turi tam tikros formos pasipriešinimą, tačiau skaičiai gali būti labai maži.
Pavyzdžiui, aukščiausios klasės dviračio ašaros formos vairas gali užregistruoti 0,005. Tai gana aero.
CdA elito, naudojančio aeroformos strypus, pavyzdžiai gali būti 0,18–0,25, o gero sportininko mėgėjo – 0,25–0,30.
Šis skaičius tampa dar svarbesnis, kai suderinamas su išėjimo galia. Kai vokietis profesionalas Tony Martinas laimėjo 2011 m. Kopenhagoje vykusį laiko bandymo pasaulio čempionatą, jo galia ir aerodinaminis pasipriešinimas (išreikštas vatais/m2 CdA) buvo apskaičiuotas kaip 2 089.
„Visi motociklininkai gali stengtis pagerinti šią figūrą“, – sako Kitchingas. „Tačiau taip pat labai svarbus didžiausias greitis yra oro tankis, kuris aiškiai mažiau valdomas.“
Artėja eteryje
Jūros lygyje ir 15 °C temperatūroje oro tankis yra apie 1,225 kg/m3. Tačiau tokie veiksniai kaip temperatūra, barometrinis slėgis, drėgmė ir aukštis virš jūros lygio turi įtakos oro tankiui, o tankis mažėja kuo aukščiau.
„Štai kodėl motociklininkai, tokie kaip Samas Whittinghamas, aukštai žiūri į galvą, bandydami sumušti žmogaus varomo greičio rekordus“, – priduria Lewisas.
Ir kodėl Feliksas Baumgartneris 2012 m. šokdamas parašiutu iki 1 342 km/h pakilo į ploną stratosferos orą.
Kanadietis Vittinghamas pasiekė neįtikėtiną 132,5 km/h greitį, nors tai vis dar nesiekia pasaulio žmogaus varomo greičio rekordo, kurį praėjusį rugsėjį užfiksavo tautietis Toddas Reichartas.
Reichartas paliko likusįjį, pasiekęs 137,9 km/h didžiausią greitį. Sakome „likusieji“, nes Reichartas užregistravo tokį greitį Pasaulio žmogaus varomų greičio iššūkyje 305 valstybiniame kelyje visai šalia Battle Mountain, Nevada.
Tai buvo 16 metai iš eilės, kai varžybos vyko Nevadoje, ir tai nulėmė du pagrindiniai veiksniai: tai 1 408 m virš jūros lygio, todėl oro tankis yra mažas, o trasoje yra 8 km pagreičio zona. 200 m greičio matuoklis.
Abu padėjo Reichartui pasiekti didžiausią greitį, kaip ir jo transporto priemonė – gulimas dviratis, aptrauktas gaubtais. „Aš atlikau papildomus Baldwin gatvės skaičiavimus, – sako Jungnickelis, – o jei dviratis būtų visiškai išlygintas, galutinis greitis būtų 369 mylių per valandą [594 km/h].“
Būtų dar geriau, jei ką nors padarytumėte dėl padangų, nes Jungnickel teigia, kad padangų iššokimas sukelia didesnį pasipriešinimą nei visas laivas.
„Be to, esant ekstremalioms galioms, galiausiai pasiektumėte maksimalų sukibimą, kurį padangos gali išgauti, o tai yra prispaudžiamosios jėgos funkcija“, – sako jis.
‘Tuomet pasieksite 22 laimikį. Norėdami padidinti prispaudimo jėgą, galite pridėti spoilerių, kurie padidina pasipriešinimą, dėl kurio vėl prireiktų daugiau galios (ir pan.). Be to, nemanau, kad struktūriniai rūpesčiai būtų veiksnys, nes galite tiesiog padaryti dviratį tvirtesnį naudodami daugiau medžiagų.’
Štai tu. Kad pasiektumėte maksimalų beveik 600 km/h greitį, paveskite Graeme'ą Obree sukurti jums aerodinaminį Beastie dviratį, važiuokite į Naująją Zelandiją, paprašykite Dunedino tarybos pratęsti Baldwin gatvę iki maždaug 10 km ilgio ir sukurti galią, panašią į Tony Martin. Paprasta…
