Sykkelfysikk: Kreftene vi jobber imot

Når man sykler er det i fire motkrefter i spill - og de er:

1. Luftmotstand
2. Tyngdekraft
3. Rullemotstand (dekkets friksjon mot underlaget)
4. Mekanisk motstand (kranklagre, nav, kjede)

Av disse kreftene er tre av de alltid der (luft-. rulle-, og mekanisk motstand), mens tyngdekraften er kun gjeldene i oppoverbakker - og tyngdekraften er også en positiv bidragsyter i nedoverbakker. Over en typisk sykkelløype er det luftmotstanden (om det ikke er svært stor andel av løypen med stigninger) som stort sett er den største fienden vår - og feks. når man passerer over 30km/t på flat mark så står denne for over 80% av den totale motstand. Den andre store fienden er tyngdekraften - og i bratte motbakker så er det denne som står for majoriteten av den totale motstand. F.eks. om man syklier i 12km/t i en 7%'s oppoverbakke er over 90% av den totale motstand fra tyngdekraften. Nr 4/mekanisk motstand er såpass liten at det stort sett ikke tas med - man snakker visstnok om brøkdel av watt på gode kulelagre, så den ser vi ganske enkelt bortifra (forøvrig noe å tenke på om man tror det hjelper å legge tusenvis av kr i keramiske kulelagre..). Nr 3/rullemotstand er typisk rundt 10-15% av total motstand i normale trening/ritt-hastighet så den har jeg tatt med i regnestykkene under.

Når man tråkker i si f.eks. 300 watt i en slak oppoverbakke i en konstant hastighet så betyr det at summen av de fire motkreftene også er 300W. Om man er i ferd med å aksellere, så betyr det at man yter større kraft en motkreftene, og om man mister fart (f.eks. den kjipe følelsen når man kjenner at man ikke lengre klarer å holde samme kadens i en bratt motbakke) så yter man mindre kraft enn summen av motstandskreftene.

Så over til noen regnestykker og hvordan motkreftene fordeler seg. Jeg orker ikke beskrive formlene og diskusjon rundt inputfaktorene. Dette kan bl.a. leses på denne bloggen og også på denne nettsiden. Forøvrig så anbefaler jeg å lese Sheldon Browns side om dekk ifm rullemostand - og også se denne oversikten (konklusjon er at å kjøre med Conti GP4000s 23m clinchere med ca 110PSI så er det noe av det absolutt beste man kan ha...).

Jeg satte opp noen regnestykker i Excel, og har brukt følgende inputfaktorer:
Totalvekt: 95kg (inkl rytter, sykkel, klær, utstyr) / Luftmotstandskoffisient 0.5 / Friksjonskoffisient 0.003 / Lufttetthet 1.226kg/m^3 (avhengig av barometrisk trykk) / Frontareal på syklisten 0.5m^2)

Her er motstandskraften fordelt i tre ulike scenarioer:

1. Flatmark i 40km/t
Luftmotstand 210W / Tyngdekraft 0W / Rullemotstand 27 W = Totalt 237W

2. Slak oppoverbakke (2%) i 30km/t
Luftmotstand 89W / Tyngdekraft 155W / Rullemotstand 20W = Totalt 264W

3. Bratt oppoverbakke (8%) i 12km/t
Luftmotstand 6W / Tyngdekraft 248W / Rullemotstand 8W = Totalt 262W

I regnestykkene blir det raskt åpenbart at de største motstandskreftene er 1.luftmotstand og 2.tyngdekraft (som nevnt), og disse kreftene er igjen svært korrelert med hastighet (for luftmotstand) og stignings% (for tyngdekraft). Se grafene under som illustrerer forholdet mellom hastighet/luftmotstand og stignings%/tyngdekraftmotstand. Mest interessent er kanskje luftmotstanden - som blir ganske ekstrem når man passerer 50-60km/t.

Nødvendig Watt for å holde 15km/t

Watt for å oppnå en viss hastighet på flatmark

 For å illustrere overgangen fra luftmotstand/flatmark til tyngdekraftmotstand/oppoverbakke har jeg lagd en graf som viser hvilken hastighet man vil oppnå i ulike stigningsgrader gitt at man tråkker 300W og 200W. Se grafen under:

Konklusjon... hva betyr dette for meg?

For undertegnede så synes jeg det var verdt å lære mere om dette utelukkende for nysgjerrighetens skyld. I tillegg så er det to åpenbare implikasjoner som kommer frem i regnestykkene her - og som man bør fokusere på i tillegg til treningen. (Dette skriver jeg ikke mere om akkurat nå!..):

1) Bli mere aerodynamisk. Dette dreier seg om utstyr, sittestilling, men også å sykle "smart" i felt.
2) Bli lettere. Her kan man slanke seg noen (eller mange) kilo eller alternativt bla opp 30tusen ekstra for å minimere sykkelvekten med 1kg.