Uzaktan yakından bisikletlerle ilgilenen biriyseniz, bisikletseverlerin ağırlık konusunda nasıl takıntılı olduğunu bilirsiniz. Her bisikletçi daha hafif bir bisiklete sahip olmak için çabalar. Hatta kimileri bisikletinin hafifliğine, ona binmekten çok zaman ayırır. Saatlerce nette dolaşıp hafifletebilecekleri bir şeyler arar. Mesela benim tanıdığım birkaç adam var; doğru düzgün bisiklete binmiyorlar, fazla kilolular, günde 2 paket sigara içiyorlar ama herhangi bir parçanın 50 gram hafifini gördükleri an hiç düşünmeden yüzlerce dolar verebiliyorlar. Bisikletin hafif olmasının tabi ki büyük getirileri var ama hafif olmasından daha önemli faktörler olamaz mı? Ya da hafif olmasının getirisi ne? Bu yazıda kısaca bunları size göstermek istiyorum. Bir bisikletçi giderken 3 farklı kuvvete karşı savaşır:
Dönme Direnişi
Kısaca, lastiğin — veya üzerinde gittiği yüzeyin — dönerken şeklinin bozulması sonucu ortaya çıkar. Lastik bisiklet ve sürücünün ağırlığı sonucu aşağıdaki gibi şeklini kaybeder ve daha sonra tekrar eski haline gelir. Lastiğin şeklini kaybetmesi için gereken enerji, onu eski haline getirmek için gereken enerjiden fazladır ve bu fazladan enerji ısı enerjisine dönüşür. Çelikten yapılmış bir tren tekerlerine göre lastikten yapılmış araba veya bisiklet lastikleri çok daha fazla dönme direnişine uğrar. Çünkü çelik çok az esner ve hemen eski haline gelir. Oysa lastik daha fazla esner ve daha yavaş eski haline gelir. Dönme direnişi lastik içinde hava basıncına, lastiğin yapısına, yapıldığı maddeye ve kalınlığına göre değişir. Kalın lastik, aynı basınçtaki ince lastiğe göre daha az dönme direnişi yaşar. Çünkü her iki lastikte aynı ağırlık altında yerle eşit kontakt alanına sahiptir. Kalın olan lastiğin alanı daha kısa ve geniş, ince lastiğin ise daha uzun ve dar olur. O yüzden ince lastik daha çok şekil kaybına uğrar. Lastiğin hava basıncı yükseldikçe dönme direnişi, yol tutuşu ve konforu azalır. Asfalt yolda dişsiz lastiğin, dişli lastiğe göre hem yol tutuşu fazladır, hem de dönme direnişi daha az olur.
https://i.hizliresim.com/8YOD9a.jpg
https://i.hizliresim.com/2Jd8Yq.jpg
Sürtünme kuvvetini bulmak için
f=(mb+ms+mt)*c*g
f=kuvvet
mb=Bisikletin ağırlığı
ms=Sürücünün ağırlığı
mt=Ön ve arka tekerlerin toplam ağırlığı
g=Yerçekimi Kuvveti (9,807 m/s^2)
c= Dönme direnişi katsayısı
Bu katsayısı lastiğe ve yolun durumuna göre değişir. Asfalt üzerinde yaklaşık 0,004 katsayısını kullanın. Ağırlıklara bisikletin ve sürücünün ağırlığına ek olarak tekerleri de ekliyoruz çünkü onlar hem ileri doğru hareket ediyor hem de kendi eksenleri etrafında dönüyor ve döngüsel kinetik enerjiye sahipler. Örneğin 70 kiloluk bir sürücü, 10 kiloluk bir bisiklete binerse ve bisikletin tekerlerinin toplam ağırlığı 3 kiloysa dönme direnişi f=(70+10+3)*9,807*0,004=3,25 Newton olur. Bu kuvveti ne kadar yüksek hızda üretirseniz o kadar çok güç üretmiş olursunuz. Mesela dönme direnişine karşı gelmek için 2 m/s hızla giderken 3,25*2=6,5 Watt ve 10 m/s hızla giderken 3,25*10=32,5 Watt güç üretmeniz gerekir.
Hava Direnişi
Havanın bisiklete ve sürücüye gösterdiği dirençtir ve iki farklı şekildedir:
Birincisi, havanın hareket eden cismin ön yüzeyine çarpmasıyla ortaya çıkan kuvvet. Cisim, hareket ederken havayı (aynen suda yaptığımız gibi) itmesi gerekir. Hava buna belli bir direniş gösterir. Hız ne kadar yüksekse hava moleküllerine o kadar hızlı çarpar ve kuvvet o kadar fazla olur. Havayla sürtünme sonucu ortaya çıkan bu kuvveti azaltmak için bisikletçi ön alanını azaltmalıdır. İkincisi ve daha kuvvetli olanı ise basınç sonucunda ortaya çıkar. Bisiklet sürücüsü havayı yardığı an hava ikiye ayrılır ve bisikletçinin arkasında bir türbülans oluşturur. Böylece bisikletçinin önünde daha yoğun olan havanın basıncı, arkasındaki daha az yoğunluktaki havadan yüksek olur ve bu bisiklet sürücüsünü geriye doğru iter. Uçaklar da aynen bu prensiple çalışır. Bu direnişi azaltmak için cismin daha aerodinamik bir yapıda olması, yani havayı kolayca yarıp, havanın düzgün bir şekilde her iki yanından uzaklaşmasını sağlayacak bir yapıda olması gerekir. Drag katsayısıı cismin ne kadar aerodinamik olduğunu ifade eder. Silindir şeklinde tüplerden, keskin kenarlı cisimlerden (aynakol, pedal, gidon vs) yapılan bisikletler fazla aerodinamik sayılmaz. Kalın lastikler, ince lastiklere göre daha çok hava direnişi yaratır. Bu arada jantın kalınlığının lastiğin kalınlığına oranı da önemli. Jant ne kadar inceyse, lastik de o kadar ince olmalı ve türbülans yaratmamalı. Bisiklet sürücülerinin bacak kıllarını aldırması da geleneksel olmanın yanı sıra size aerodinamik avantaj sağlayacaktır.
https://i.hizliresim.com/VrOvgn.jpg
|
https://i.resimyukle.xyz/9ePd5A.jpg |
Dairesel silindir havayı ikiye ayırır ve bu, silindirin arkasında düşük basınçlı bir türbülans yaratır. Ön ve arka arasındaki basınç farkı yüksek draga neden olur. Cd=1,2
|
Keskin köşeli cisimler silindirlere göre çok daha kötüdür. Bu cismin köşelerine yüksekliğin 0,2 katı bir daire koyarak drag 2,0’dan 1,3’e indirilebilir.
|
https://i.resimyukle.xyz/bUJbKy.jpg
|
https://i.resimyukle.xyz/eb1PL9.jpg
|
Hava yukarıdaki kanat yapısı etrafında akıcı bir şekilde hareket eder. Türbülans oluşmaz. Bu cisim havada hareket etmek için silindire göre 10, kutuya göre 20 kat daha az enerji harcar. Cismin uzunluğu kalınlığıyla doğru orantılı olur. Cd=0,1-
|
Soldaki cismin kuyruğu kesilirse arkada türbülans oluşur ve drag artar. Cd=0,3
|
Düşük hızlarda bisikletçinin yenmesi gereken en önemli kuvvet dönme direnişi olsa da belli bir hızdan sonra hava direnişi onun yerini alır. Öyle ki hava direnişini 10 gram azaltmak — 48 km hızda 12 santimlik bir kalemi dikine tuttuğunuz zaman ortaya çıkan kuvvet — 1 kg ağırlığı azaltmaya bedel. Hava direnişini etkileyen faktörler havanın yoğunluğu, bisiklet ve kullanıcının ön alanı ve aerodinamik yapısıdır. Bisikletle giderken ayağa kalkarsanız ön alanınız ve bununla beraber hava direnişi de artar. Eğer gidona eğilip uzanırsanız ön alanınızı azaltırsınız ve böylece hava direnişi azalır. Bisikletin fren ve vites kabloları hava direnişini rahatlıkla 10 gramdan fazla artırabilir. Kablolar gidonların ve kadronun içinde olmalı. Hava direnişi aynı şekilde, havanın daha kolay akıp gitmesini sağlayacak yapıdaki şekillerle de azaltılır. Sürüş sırasında hava direnişinin %25’inden bisiklet, geriye kalanından sürücü sorumlu olur. 10 kiloluk bisiklet üstünde 70 kiloluk bir sürücünün mücadele etmesi gereken kuvvetler:
Hız
|
Hava Direnişi
|
Dönme Direnişi
|
https://i.resimyukle.xyz/L7NC54.jpg
|
5 km/s | 0, 41 Watt | 4,47 Watt | |