به علم مربوط به حرکت اجسام جامد در هوا و یا در یک محیط گازی “آیرودینامیک” گفته میشود. در این مقاله بر روی مقاومت هوا و اثرات آن بر روی دوچرخه سواری تمرکز خواهیم کرد. برای آشنایی با این مفهوم و نحوه کاهش مقاومت هوا در هنگام دوچرخه سواری با دانی بایک همراه باشید.
آیرودینامیک دوچرخه و دوچرخه سوار
چگونگی غلبه دوچرخه سوار بر مقاومت که به تولید انرژی میانجامد تابع دو عامل است: مقاومت تولید شده توسط هوا و مقدار نیروی تولید شده توسط دوچرخه سوار.
مقاومت آیرودینامیکی نیز ناشی از دو نیرو است: مقاومت آیرودینامیکی ناشی از اصطکاک هوا از رو به رو و همچنین مقاومت آیرودینامیکی ناشی از هوای اطراف که سبب عقب کشیدن دوچرخه سوار می شود.
برای حداقل رساندن مقاومت ناشی از سطح بدن دوچرخه سوار در مقابل هوا معمولا از لباسهای مخصوص استفاده میشود. با توجه به این مطلب، مقاومت آیرودینامیکی مبحثی غیر قابل چشم پوشی در کاهش سرعت است. در طراحی دوچرخه و لوازم جانبی آن برای مسابقه های سرعت، توجه به مقاومت آیرودینامیکی بسیار ضروری است. نحوه قرار گیری دوچرخه سوار، لباس مورد استفاده و طراحی کلاه و دوچرخه همگی در کاهش این مقاومت موثرند.
دوچرخه از جمله وسایل نقلیهای است که بدن ورزشکار را در معرض باد قرار میدهد. علاوه بر این، سطح دوچرخه از بدن فرد بسیار کوچکتراست، بنابراین بیشترین نیروی آیرودینامیکی بر روی بدن او اعمال میشود. این نیرو به چگونگی نشستن دوجرخه سوار، شکل و اندازه دوچرخه وابسته است.
نحوه قرار گرفتن دوچرخه سوار بر روی دوچرخه جهت کاهش مقاومت آیرودینامیکی
بدن دوچرخه سوار حدود شصت تا هفتاد درصد مقاومت و اصطکاک را موجب میشود. جدا کردن درصد اصطکاک ایجاد شده توسط دوچرخه سوار و دوچرخه منطقی نیست. البته باید دقت نمود که اصطکاک تولید شده توسط دوچرخه سوار بیشترین سهم را در اصطکاک کل دارد. البته خود دوچرخه نیز در نحوه نشستن دوچرخه سوار و تولید اصطکاک سهم عمدهای دارد.
بهترین راه برای کاهش اصطکاک بین دوچرخه و دوچرخه سوار با بادی که از رو به رو میآید، قرارگیری دوچرخه و دوچرخه سوار روی یک خط است. نحوه نشستن روی دوچرخه به دو نوع تقسیم میشود، که تفاوت آنها در نحوه قرارگیری دستها و بازوها بر روی فرمان دوچرخه است.
در حالت اول دستها درون قفسه سینه جمع میشوند و در حالت دوم دستها در امتداد بدن قرار میگیرند. در هر دو حالت اصطکاک تا 30 درصد کاهش مییابد. با این حال با توجه به اینکه در هر دو حالت نیاز است تا فرمان دوچرخه از استاندارد خود خارج شود مردود شناخته شدهاند.
به منظور به دست آوردن بهترین نحوه قرارگیری بر روی دوچرخه محققان با قرار دادن دوچرخه و دوچرخه سوار در تونل باد و با مهیا نمودن شرایط لازم آزمایشهای فراوانی انجام دادهاند
نکته قابل تامل دیگر در نحوه قرار گرفتن سر و کلاه ایمنی است. علاوه بر آن بدنه دوچرخه و طراخی کلاه نیز پارامتر بسیار مهمی در مقابله با اصطکاک است.
چرخها
اگرچه چرخهای دوچرخه سطح تماس کوچکی با سطح دارند. اما نوع و نحوه چرخش آنها تاثیر بسزایی بر روی آیرودینامیک دستگاه میگذارد. چرخهای معمولی دارای آیرودینامیک بسیار ضعیفی هستند. زیرا تایرها، طوقهها و پرههای آنها مقاومت آیرودینامیکی بالایی به وجود میآورند.
به منظور غلبه بر مقاومت ایحاد شده توسط چرخ، طراحان تغییراتی از قبیل کاستن پرهها و استفاده از چرخهای تمام طوقه دیسک مانند را امتحان کردند. در چرخهای دیسکی که در آن فضای پرهها کاملا پوشانده شده است عبور جریان هوا مشکلاتی را به خصوص در چرخ جلو ایحاد میکند. زیرا در زمان حرکت فرمان دوچرخه به دلیل رد نشدن جریانهای هوا از بین چرخها، هدایت وسیلخ سخت میگردد و موجب انحراف آنها از مسیر اصلی میشود. استفاده از چرخهای دیسک مانند در چرخ عقب گزینه خوبی است، به خصوص برای چرخ دندهای که سبب ثبات و استحکام در آنها میشود. زیرا در هنگام استفاده از این چرخها، در چرخ عقب جریانهای توربولانس کمتری ایجاد میشود و در نتیجه نیرو به خوبی منتقل میشود و اصطکاک کمتری به وجود میآید. استفاده از چرخهای سه پره به دلیل نداشتن ایمنی کافی در مسابقهها ممنوع شده است.
در نهایت، وزن دوچرخه سوار در مبحث آیرودینامیک بسیار مهم است. در طراحی آیرودینامیک دوچرخه کلیه زوایا و اندازهها با محاسبههای هندسی و ریاضی به دست میآیند و مواردی از قبیل مقدار نیروی لازم جهت جا به جایی دوچرخه و دوچرخه سوار، مقدار انرژی صرف شده برای تغییرات سرعت و غیره باید مد نظر قرار گیرد.