Mindannyian küzdöttünk 20%-os, 25%-os, akár 30%-os emelkedőn is. De milyen meredeknek kell lennie egy útnak, mielőtt kerékpárral nem lehetett megmászni?
Furcsa dolog – a meredekségre való törekvésünk. Gyakran hallani olyan lovasokat, akik hódító alpesi lókkal dicsekednek, akik könyörtelenül hajtanak az ég felé több kilométeres 20%-os lejtőn, vagy akár 40%-os tüskékkel a hajtű közepén.
De emlékezve arra, hogy a 100%-os meredekség csak 45°-os lejtőt tesz lehetővé – egy méter függőleges és egy méter vízszintes –, a 100%-ot megközelítő meredekség biztosan nem lenne lehetetlen. Megtenné?
Úgy döntöttünk, hogy szakértőket keresünk, hogy megtudjuk.
Az első dolgok az elsők. Amikor azt mondjuk, hogy a „legmeredekebb lejtő”, akkor nem az út meredekségének furcsa tüskéiről, vagy egy félcső függőleges platformjáról beszélünk.
Csak olyan tartós lejtőt vehetünk figyelembe, amelyet egy országúti kerékpáros ésszerű ideig tud megtenni.
Furcsa módon az erő nem korlátozza a legmeredekebb emelkedők leküzdését – mondja Rhett Allain, a Southeastern Louisiana Egyetem fizikaprofesszora és a Wired magazin régóta működő bloggere.
„Ha nem törődik a sebességgel, nagyon kis erővel felmehet bármilyen lejtőn, amíg elegendő a súrlódás” – mondja.
‘Például, ha elegendő szíjtárcsát használ, apró kis motorokat kaphat, amelyek nagyon nagy terhelést emelhetnek.’
Ha meg tudod teremteni a megfelelő áttételi arányt a bringádon, akkor még csekély teljesítmény mellett is bármilyen lejtőt megmászhatsz – elméletileg.
A valóság más. Az őrülten meredek emelkedők megmászását lehetővé tevő áttétel megkívánná, hogy őrülten pörgesse a lábát, miközben csak előre kúszik. Hamarosan felborulsz.
Allain azt a minimális sebességet, amelyet meg akar birkózni egy emelkedőn, sétasebességként határozza meg, vagyis körülbelül két méter másodpercenként. Számításai alapján (amelyek egy kicsit túl bonyolultak ahhoz, hogy itt megvitassák), a 422 wattos teljesítmény maximális dőlésszögét 2 m/s (4,5 mph) sebességnél 40%.
Tehát 40% lehet az, ahol az emberi erő megtalálja a párját egy lejtőn – ezen túlmenően akár sétálhat is. De azok számára, akiket kevésbé érdekelnek a gyakorlati dolgok, és jobban érdekelnek annak bizonyítása, hogy nem győzhetünk le a lejtőn, lehetségesnek kell lennie egy 40%-nál nagyobb emelkedő megmászásához, ha elég lassan megyünk.
Azt szeretnénk tudni, hogy a fizika törvényei milyen szögben akadályoznak meg bennünket abban, hogy teljesítményünktől vagy áttételi arányunktól függetlenül fel tudjunk emelkedni.
A prioritások kiegyensúlyozása
Ha felmennénk egy dombra, amely egyre meredekebb lesz, el kell jönnie egy pontnak, amikor egyszerűen hátradőlünk.
'Ha egy kerékpárt három pontnak, a tömegközéppontnak és a két érintkezési pontnak [a kerekeknek] tekintünk, akkor ha a tömegközéppont függőleges tengelye meghaladja a két érintkezési pont valamelyikét, a kerékpár felborul. ' mondja Allain.
Keith Bontrager, a súlypont [CG] szerepének úttörője a kerékpáros illeszkedésben, így magyarázza: „Nem egyszerű mechanikus eszközökkel megtalálni a versenyző súlypontját.”
De egy hegymászó lovas súlypontját egy vonalra helyezi „2-3 cm-rel a pedálorsó mögött a kilenc órai pedálállásnál”.
Saját (meglehetősen tudománytalan) számításaink szerint úgy számolunk, hogy egy átlagos motoros normálisan ülve körülbelül 58 cm-rel a hátsó kerék úttal érintkezési pontja előtt és 120 cm-rel magasabban van.
Most, hogy meghatározzuk azt a pontot, ahol a lovas hanyatt esne, egy kis trigonometriát kell végeznünk. (Ha érdekel: dőlésszög=90 – (Tan-1 (CG magassága ÷ hátsó kerék a vízszintes súlyponthoz).
Ebből azt a választ kapjuk, hogy 25,8°-os, azaz 48%-os billenőpont. Szóval tessék, az abszolút legmeredekebb gradiens csekély 48%. Vagy ez?
Ha a szög meredek lesz, nem valószínű, hogy „normálisan” ül. Bontrager azzal érvel, hogy „A lovas nagyon meredek emelkedőkön előre dőlve akadályozza meg a felborulást. Ez gyakori az MTB versenyzőknél.’
Tehát úgy számoltuk újra, hogy a versenyző a lehető legnagyobb mértékben kinyúlt a rudak fölé, és új, 41°-os, azaz 86,9%-os maximális lejtőt találtunk.
Természetesen, ha ennyire előre dől egy lejtőn, akkor a hátsó gumiabroncs némi tapadást veszít, amitől a kerékpár riasztóan lecsúszik a domboldalon. Ez elvezet bennünket a meredekségre való törekvésünk fő korlátozásához: a tapadáshoz.
Elcsúszva
Ahhoz, hogy egyáltalán mozoghasson kerékpáron, súrlódásra van szüksége, hogy megakadályozza a gumiabroncs mozgását. A dőlésszög növekedésével a súrlódás csökken, mivel a két felületet a gravitáció kevésbé nyomja egymáshoz. C
hristian Wurmbäck, a Continental termékmenedzsere azt mondja: „Azt mondanám, hogy az abroncs tapadása lesz az első dolog, ami meghibásodik egy nagyon meredek lejtőn.”
De nehéz megtalálni a pontos fordulópontot. Először is ismernünk kell egy gumiabroncs súrlódási tényezőjét – lényegében mennyire ragadós.
Ezt nem könnyű meghatározni, ahogy Wurmbäck elmagyarázza: „Nem igazán lehet megmondani. Felülettől függ, hogy nedves vagy száraz. Az az elképzelés, hogy van egy szám, amely minden körülményre elméleti fogást ad – ez nem igazán létezik.’
Tehát bár a valóság bonyolultabb lehet, a tiszta gumi súrlódási együtthatójára vonatkozó becslések aszf alton 0,3-tól nedves betonon 0,9-ig változnak.
Allain professzor számítása a becsült 0,8-as súrlódási együtthatón (amit „optimistának” nevez) 38,7°-ra, azaz 80% körülire teszi azt a maximális szöget, amelyet a gumiabroncs tapadása elvisel.
Elveszíti a markolatát
A 80%-nál már az abroncsok tapadása a meghibásodás első pontja, de ez még mindig túlbecsülheti a lehetséges meredekséget. A 0,8-as együttható a teljes gumiabroncs ötletén alapul, ami ritka.
Wurmbäck azt mondja: „Azt akarjuk, hogy az abroncs merevebb és tartósabb legyen, mint a tiszta gumi lenne. Ha szupermerev abroncsa van, az nem tapad az útra.’
Sőt, a 30%-ot meghaladó lejtősek gyakran betonburkolatot igényelnek aszf alt helyett, amelynél a gumival való súrlódási együttható becsült értéke mozgás közben közelebb van a 0,6-hoz.
Ha ezt a számot visszatesszük Allain egyenletébe, a vonóerő 60%-nál meghibásodhat. Ez anélkül történik, hogy belemennénk a kerekek közötti súlyeloszlás bonyolultságába, tekintettel arra a radikális mászási pozícióra, amelyet egy versenyzőnek fel kell vennie.
Wurmbäck azt mondja: „Vannak módok a súrlódás drasztikus növelésére – például ragasztóval a felületre. De gyakorlatiasabban fogalmazva, meleg abroncsot és meleg felületet szeretne egy forró napon, széles gumiabroncs esetén kisebb gumiabroncs-felfújással.’
Az együttható mellett az abroncsprofil által létrehozott felületet is figyelembe kell venni. De valószínűleg szükségünk lenne még néhány oldalra, hogy megkarcolhassuk annak a felületét.
Olyan sok, ingadozó tényező játszik szerepet abban, hogy korlátozza a legszédítőbb ciklusemelkedés meredekségét. De ha az áttétel, az erő és a radikális emelkedési pozíció lehetővé teszi, hogy egy 60%-os lejtőtől északra menjen, akkor valószínűleg arra számíthat, hogy a tapadása bármelyik pillanatban cserbenhagyja.
Hacsak nincs kéznél egy edény ragasztó.
