Azt hiszed, hogy gyors vagy, tudod, hogy lehetnél gyorsabb, de mi a fizikailag lehetséges legnagyobb sebesség? megtudjuk
Tessék, úgy száguldozol lefelé, mintha az életed múlna rajta. A rácsok fölé görnyedve, fehér ujjpercek markolják a cseppeket, lenézel a kerékpárkomputeredre, és azt látod, hogy a figura 70 km/h-ig kattan. Ó, igen, most tényleg repülsz. Mielőtt azonban felgyorsíthatná a sebességet, az útjelző tábla jelzi a kereszteződést, Ön pedig megnyomja a féket, hogy biztonságosan megálljon.
De mi van, ha ez a csomópont nincs ott? Mi van, ha nem lennének akadályok, kanyarokban, vagy kutyák vándorolnának az útra, és a lejtő olyan hosszú, sima és meredek lenne, amennyire csak lehet?
Milyen gyorsan tudtál akkor menni? Kezdjük úgy válaszolni erre a kérdésre, hogy megnézzük, mi tart vissza.
Az élet egy húzás
„Ez a végsebesség lenne” – magyarázza Rob Kitching, a Cycling Power Lab online aerodinamikai felszerelésének alapítója. „A kerékpározás szempontjából ez az a pont, ahol az aerodinamikai légellenállás és a gördülési ellenállás együttes fékezőereje megegyezik a gravitáció és a teljesítmény által biztosított erőkkel.”
A gravitáció mekkora becsapódása a lejtő súlyosságától függ. „Ha végtelenre állítja a lejtőt – más szóval falat –, akkor nem nehezedik a gumiabroncsok vagy a kerékpár szerkezete” – mondja Ingmar Jungnickel, a Specialized kutatás-fejlesztési mérnöke.
‘Ez gyakorlatilag mindkettőt feleslegessé tenné, és ejtőernyős ugrás lenne.’
Vagy technikailag „sebességű ejtőernyőzés”, ahol a cél a lehető legnagyobb végsebesség elérése és fenntartása. Hassan ejtse ki az embert a repülőgépből, és akár 200 km/h sebességet is elérhet; fejjel előre, és 250-300 kmh-ról beszélünk; fejjel előre, és a speciális, áramvonalas ruházat viselése akár 450 km/h sebességet tesz lehetővé.
„De ez nem kerékpározás, úgyhogy hagyjuk ezt figyelmen kívül, és használjunk valódi utat” – folytatja Jungnickel. A világ utcáit pásztázva, az új-zélandi Dunedinben található Baldwin Street abban a kétes megtiszteltetésben részesül, hogy a bolygó legmeredekebb útja 35-38°-kal, attól függően, hogy kinek hisz.
'Az út lejtőjén – de meghosszabbítva a 350 méteres távolságon – nyugodt körülmények mellett és 400 watt teljesítmény mellett egy útpozícióban lévő versenyző elérheti a 89,48 mérföld/óra [144 km/h] sebességet” – mondja Jungnickel.
Ez némi sebesség, de még mindig csaknem 80 km/h elmarad a lesiklás világrekordjától, amelyet a francia Éric Barone állított fel tavaly, amikor 2015-ben 223,3 km/h-t ért el a francia Alpok hóval borított Chabrières-i gyorsasági pályáján.
Tehát a gördülési ellenállás csökkentése érdekében a lejtőnket jeges platformmal kell ellátni? Jungnickel szerint nem feltétlenül. „Ezen a sebességeken a légellenállás 99,5% körüli.”
Ez körülbelül 50%-hoz képest, ha 12 km/h-val haladunk. A légellenállás annál gyorsabban halad, tehát milyen módszereket alkalmazzon képzeletbeli kerékpárosunk, hogy elérje a maximális sebességet és szembeszálljon a légellenállással?
Marad it aero
„Az egyértelmű pozíció fontos” – mondja Jungnickel. „Tehát számításokat végeztem egy időmérő pozícióra optimalizált versenyzővel, és a meghosszabbított Baldwin Street-i hasonlatunkat használva a 400 W-os motoros elérheti a 200 mérföld/órás sebességet [322 km/h].”
Amikor Jungnickel azt mondja, optimalizálva, a teljes aerodinamikai menüről beszél. Ez könnycsepp sisakot jelent, és olyan pozíciót, amelyben a sisak farka természetesen sima, áramvonalas hátba áramlik.
A szűk szabású bőrruha szintén elengedhetetlen a légellenállás csökkentéséhez.
„Valójában ez létfontosságú” – mondja Rob Lewis, a TotalSim számítási folyadékdinamikai specialistája. „Az anyag típusa, a varratok elhelyezése és a felületkezelés óriási különbséget jelent. 12-15%-os légellenállási különbségről beszélhetsz a jó és a rossz ruha között.’
Lewis azt is javasolja, hogy a zokni lehető legmesszebbre felhúzása aerodinamikailag hatékonyabb, mint a csizmák, míg az aerobar hosszabbítók keskeny markolata kissé csökkenti a légellenállást is.
Szeretne könnycsepp alakú csövet is, mert a fentiekhez hasonlóan segít csökkenteni az aerodinamikai légellenállási együtthatót (CdA). Ez lefedi az objektum csúszósságát és méretét, valamint az elülső területét.
A fizika szerint nulla légellenállási együtthatójú objektum valójában nem létezhet a Földön – mindennek van valamilyen légellenállása –, de a számok nagyon alacsonyak lehetnek.
A könnycsepp alakú kormány például egy felső kategóriás kerékpáron 0,005-öt regisztrálhat. Ez elég aero.
A aeroformájú rudakat használó elit CdA példái 0,18-0,25 között jöhetnek létre, szemben egy jó amatőr sportoló 0,25-0,30-as értékével.
Ez a szám még fontosabbá válik, ha a teljesítményhez igazodik. Amikor a német profi, Tony Martin megnyerte a 2011-es koppenhágai időfutam világbajnokságot, teljesítményét és aerodinamikai légellenállását (watt/m2 CdA-ban kifejezve) 2, 089.
Ez ahhoz képest, hogy Bradley Wiggins 1 943 a második és Jakob Fuglsang 1 725 a 10. helyen.
„Minden versenyző dolgozhat ezen a számon” – mondja Kitching. „A végsebesség szempontjából azonban rendkívül fontos a levegő sűrűsége is, amely egyértelműen kevésbé szabályozható.”
Jön a levegőben
Tengerszinten és 15°C-on a levegő sűrűsége körülbelül 1,225 kg/m3. Azonban olyan tényezők, mint a hőmérséklet, a légköri nyomás, a páratartalom és a tengerszint feletti magasság befolyásolják a levegő sűrűségét, és a sűrűség csökken, minél magasabban van.
„Ez az oka annak, hogy az olyan versenyzők, mint Sam Whittingham, magas fejjel próbálják megdönteni az emberi erővel végrehajtott szárazföldi sebességrekordokat” – teszi hozzá Lewis.
És Felix Baumgartner miért úszott fel a sztratoszféra vékony levegőjére, amikor 2012-ben 1342 km/h-ra ugrott.
A kanadai Whittingham hihetetlen, 132,5 km/h-t ért el síkpályán, bár ez még mindig elmarad az emberi erővel hajtott sebesség világrekordjától, amelyet Todd Reichart honfitárs rögzített tavaly szeptemberben.
Reichart a többit a nyomában hagyta, 137,9 km/h végsebességet ért el. Azért mondjuk „a többit”, mert Reichart regisztrálta ezt a sebességet a World Human Powered Speed Challenge versenyen a 305-ös államúton, közvetlenül a nevadai Battle Mountain mellett.
Ez volt a 16. egymást követő évben, hogy a versenyt Nevadában rendezték meg, és ez két kulcsfontosságú tényezőnek köszönhető: 1408 m tengerszint feletti magasságban van, így a levegő sűrűsége alacsony, és a pálya 8 km-es gyorsulási zónát biztosít egy 200 m-es sebességmérő csapda.
Mindketten segítették Reichart maximális sebességét, akárcsak a járműve – egy burkolatokkal burkolt fekvő kerékpár. „További számításokat végeztem a Baldwin Streeten – mondja Jungnickel –, és egy teljesen kitisztított kerékpárral a végsebesség 369 mérföld/óra [594 km/h] lenne.”
Még nagyobb lenne, ha tehetne valamit az abroncsokkal, mivel Jungnickel azt állítja, hogy a gumiabroncsok kidudorodása nagyobb légellenállást okoz, mint az egész hajó.
„Az is, hogy extrém teljesítmény mellett végül eléri a gumiabroncsok által kiváltott maximális tapadást, ami a leszorítóerő függvénye” – mondja.
‘Ezután eléri a 22-es fogást. Hozzáadhat légterelőket a leszorítóerő növelése érdekében, ami növeli a légellenállást, ami ismét több energiát igényel (és így tovább). Ezen túlmenően nem hiszem, hogy szerkezeti aggályok lennének fontosak, mivel több anyag felhasználásával csak masszívabbá tehetné a kerékpárt.’
Tessék. A majdnem 600 km/h-s maximális sebesség eléréséhez megbízza Graeme Obree-t egy aero Beastie kerékpár megépítésével, irány Új-Zéland, kérje meg Dunedin önkormányzatát, hogy hosszabbítsa meg a Baldwin Street-et körülbelül 10 km-re, és állítson elő Tony Martinhoz hasonló teljesítményt. Egyszerű…
