Bisikletten ve fizikten anlayanlara bir soru (ağırlık-hız ilişkisi)

Daha önce güç formülünün bu formuna rastlamadım araştırmak lazım sürtünme katsayısı ve eğim gibi birimsiz değişkenler ile hızı katsayılamış.Gerekli değerlendirmeyi yaptıktan sonra daha nitelikli bilgi aktarabilirim sanırım.
Yokuş yukarı çıkarken tabiiki ağırlık çok önem kazanıyor.
Ayrıca hava sürtünmesi de etkili olacaktır ancak onun değişimi elimizde olmadığından onu ortalama bir değer ile hesaplamak verdiğin denklemde 2.kısımın çözümüne yarar,zira 1. kısım sürtünme ile ilgili ki orada da nasıl hesaplanır aklım pek almadı çünkü verdiği k1 değeri hem zincir ve dişlilerin hemde lastik ile yer in sürtünmesi.Kaynalarını incelemek lazım.

şimdi aslında işin işine tüm faktörler girince hesaplamak gerçekten zor oluyor

burada yuvarlak olarak hesaplanan değerler bir sürü değişkene bağlı: aktarma organlarının verimliliği, bisiklet sürücüsünün pozisyonu ve sürtünme alanı, aerodinamik ekipmanlar, lastik basıncı ve yol yüzeyi. ayrıca rüzgarın hızı ve yönü de sabit olmadığı ve değiştiği için bu hesaplamayı zorlaştırıyor.

işin içine tüm bunlar girince akışkanlar dinamiğinin bir alt kolu olan sayısal akışkanlar dinamiği denilen bir bilim kolu (ki bu hesaplamalarda süper bilgisayarlar kullanılıyor) bu bisiklet problemini incelemiş ve bu tam anlamıyla modellemenin zor olduğu kanısına varmış

@geekiad

@H.Sages

Link için gerçekten teşekkürler, okuduğum en başarılı araştırmalardan.

P=g.m.Vyer(K1+egim)+K2xVh².Vyer

burada bu formüle göre ağırlığı bisikletle beraber 90 kg olan bir sürücüyü, 9m/s (32 km/saat) hızla düz eğimsiz bir yolda götürmek için gerekli gücü hesaplamaya çalıştım.

g=9,81 m/s²

burada yere göre bisikletlinin hızı biraz kafamı karıştırdı. sonra nedir diye baktım. yere göre hız bir hava taşıtının yere göre hızıymış. yani:

uçak yere göre hız = havadaki hızı + rüzgar

eğer burada rüzgar önden esiyorsa çıkarılıyor arkadan esiyorsa toplanıyor. rüzgarsız bir havada bisikletin gittiğini düşünürsek yere göre hızla havadaki hız eşit olması gerek.

P=9,81 x 90 x 9 (0,0053 + 0) + 0,185 x 9 x 9 x 9
P = 134+ 42 = 176 Watt çıkıyor

bu konuyu daha fazla incelemek isteyen arkadaşlar (nedense yabancı çoğu bisiklet teknisyenin kitap listesinde gördüğüm) Massachusetts Institute of Technology (MIT) üniversitesi makine mühendisliği bölümünde profesör olan David Gordon'un yazdığı bicycling science isimli kitabı inceleyebilirler.

(link)

(link)

Boş zamanı olan ve ilgilenenler bu linke

Ayrıntılı hesap yapmaya çalışmanın hiç bir anlamı yok, test tüneline girip kişinin rüzgar direncini ölçmedikçe tabi. Bisikletin aksamındaki verim sonucu %1-3 oranında falan etkiliyordu, bu konuyla ilgili bi doktorla tartışmıştım. Aslında bisiklet üzerindeki pozisyonunuzu düzeltmeden yapılan hiçbirşey işe yaramıyor çünkü bisiklet üzerindeki kesiti en büyük olan nesne kullanıcı.

Hortlatıyorum ama o zaman jant boyunun da önemi yok. Dişlerle alakalı hız.

dönen parçaları hafifleri ile değiştirmek ciddi bir değişim sağlayacaktır örnek verecek olursak kadro 100 gram hafif olacagına jantlar 100 gram hafif olursa daha az enerji harcarsınız basit Dynamics dersi

Daha az enerji harcarız ama hangi işi yaparken? Herkes argümanını tam yazsa dünya çok daha anlaşılır bir yer olacak.

@Caner Aydın

Neye dayanarak önemi yok acaba? merak ettim

https://upload.wikimedia.org/math/6/f/8/6f8f57715090da2632453988d9a1501b.png kütleli noktasal bir cisim https://upload.wikimedia.org/math/4/b/4/4b43b0aee35624cd95b910189b3dc231.png uzaklığındaki bir eksen etrafında dönerse bu cismin eylemsizlik momenti https://upload.wikimedia.org/math/6/7/0/67005c56ccf7e45d0454a12cadc35b76.png olarak tanımlanır. Eğer cisim çok sayıda parçacıktan oluşmuşsa her bir parçacığın https://upload.wikimedia.org/math/6/7/0/67005c56ccf7e45d0454a12cadc35b76.png si toplanarak cismin eylemsizlik momenti bulunur. Yani cisim sonsuz küçüklükteki https://upload.wikimedia.org/math/6/0/8/608e7dc116de7157306012b4f0be82ac.png kütlelerinden meydana geliyorsa bu cismin eylemsizlik momenti
https://upload.wikimedia.org/math/8/3/4/83461f2e740225446e89b8325cee73f4.png olur.
Örneğin https://upload.wikimedia.org/math/d/2/0/d20caec3b48a1eef164cb4ca81ba2587.png boyundaki https://upload.wikimedia.org/math/6/9/6/69691c7bdcc3ce6d5d8a1361f22d04ac.png kütleli düz bir çubuğun kütle merkezinden geçen eksene göre eylemsizlik momenti şöyle hesaplanır:

1. https://upload.wikimedia.org/math/b/4/6/b4688aaaaf17fad03225929fe56ad458.png boyundaki küçük bir parçanın kütlesi https://upload.wikimedia.org/math/6/0/8/608e7dc116de7157306012b4f0be82ac.png ise https://upload.wikimedia.org/math/c/4/6/c46ef3a39ae1d0455d3cbdbac777ed6c.png
2. Eksen çubuğun kütle merkezinden geçtiği için integralin sınırları -L/2 ve L/2 olur. Bulduğumuz https://upload.wikimedia.org/math/6/0/8/608e7dc116de7157306012b4f0be82ac.png yi formülde yerine koyarsak https://upload.wikimedia.org/math/d/c/0/dc0820f5e0e07562c4971aaec3774b09.png
3. https://upload.wikimedia.org/math/6/9/6/69691c7bdcc3ce6d5d8a1361f22d04ac.png ve https://upload.wikimedia.org/math/d/2/0/d20caec3b48a1eef164cb4ca81ba2587.png sabit olduğundan integralin dışına çıkar, integrali çözersek

https://upload.wikimedia.org/math/4/9/9/49937fb44d2f2419ad08768094aad41c.png bulunur.Dairesel kinetik enerji=(I*w^2)/2

@Ozan Akçay

çok sağlam paran varsa al bi sağlam marka hafif bisiklet, bak dalgana.

Sadece ağırlık üzerinden bir hesap yapalım;

1. Deney :
Bisiklet Ağırlığı : 13.9
Sürücü Ağırlığı : 75
2. Deney :
Bisiklet Ağırlığı : 9.8
Sürücü ağırlığı : 75

Dinamiğin temel formulüyle hesap doğru biçimde yapılabilir.

F = m.a

Her iki deneyde de 200 N'luk güç uyguladığımızı düşünelim.

1.Deney

200 = (13,9 + 75) x a1

a1 = 2,2497 m/s2

2.Deney

200 = (9,8 + 75) x a2

a2 = 2,3584 m/s2


Yani sürtünmenin şeylerin hesaba katılmadığı koşullarda arada sadece 0,108 m/s2 ivme farkı oluşuyor. İvmedeki yüzdesel kazanç %4 civarında. Sürtünmeyi de işin içine katarsak %5'i geçmez. Bu arada burda hesaplanan kazanç kişi ağırlığıyla ters ortantılıdır. Örneğin kişi bu örnekte 40 kilo olsaydı %7,5-8 seviyelerinde olucaktı.

Bisikletin ağırlığının önemi var mı yok mu derseniz, bir yarışçıya göre %5 önemlidir, hatrı sayılırdır ama referans alınacak kişi ben olursam benim için önemli değil, zaten tur ortalamalarım 23-24 km/h yi geçmiyor, %5 daha fazla yapsam ne yapmasam ne. Burda asıl önemli olan nokta, dönen aksandaki ve bisikletin zemin ve tekerlekler sebebiyle maruz kaldığı sürtünme kuvveti ve kendi kilonuz. Bunları optimum seviyeye getirirseniz daha iyi bir kazanım elde edilebilir. Bu yazı bayağı uzayacak bir yazı. Bunun yanısıra hesap teorik bir hesap gerçek hayatta her hesapta olduğu gibi sapma payı yaşanır. Ama bunlar ihmal edilebilir seviyelerde olur.

Burda bisikletin kadro boyutu, geometri, dişli oranı, jantın örüm biçimi, rüzgar, sürüş pozisyonu ve bilmediğim bir sürü şeyin önemi var ama salt olarak aynı komponent biri çelik biri alüminyumsa yukardaki fark geçerli olur. Bu arada bi arkadaş dişli oranı yazmış ama onun ivmeye bir etkisi olmaz. Sadece maksimum hızı belirler.

Bir yarışçı için ne kadar hafiflik o kadar ivme ve enerji tasarrufu demek.
Tüm sayafaları okudum. Benim gibi günce 15 km yapan biri için ağırlık çok dert değil.
Ancak şöyle bir bilgi eklemek isterim.
Bisilketimin lastik havaları biraz düşüktü.
Olması gereken değere getirdiğimde bisikletimin daha akıcı ve olduğunu fark ettim.
Tabi detaya girilirse bu " akıcılığın" da sonu yok.

Ya şimdi bazıları hesap kitap yapıyor ve %4 fark vardır diyor Ben eski 14,5KG ağırlığa sahip KRON bisikletimle kendi semtimden dışarı zor çıkabilirdim, hele rampalar çok yorardı.
10,5KG karbon bisiklete sahibim şuan, arada 3KG olduğu halde aradaki farkı tarif edemem. Rampa falan tanımıyor şuan bisiklet, çok rahat çıkıyorum, çok rahat hızlanıyorum. 2 pedal atıyorum uzuyorum kısacası.

Gerçek hayatta elde ettiğimiz tecrübelere ağırlık verelim bence. Özellikle hafif tubeless lastik ve hafif jant seti olduğunda ciddi fark yaratıyor. İvmelenmede çok ciddi fark oluyor.
9KG karbon dağ bisikletim olsa aradaki fark çok daha fazla olurdu herhalde. 10,5KG olduğu halde çok fark hissediyorum ben.

Ama hafif bisiklet düz yolda daha çabuk yavaşlıyor rüzgar varsa, hızlanması kolay olduğu gibi yavaşlaması da kolay oluyor. Ağır olanı da hızlandırması ve durdurması güç oluyor haliyle.
Ben gerçek hayatta 14,5 ile 10,5KG arasında %20 fark vardır diyebiliyorum çok ama çok rahat şekilde. Bana hissettirdiğini sorarsanız net ama çok net %50 derim. Gerçek hayatta ne hissediyorsam onu söylüyorum. Yokuşları da 2 kat kolay çıktığım kesinlikle doğrudur. Bunda donanımın da payı var elbette. Hafif olan aynı zamanda pahalı ve üst segment oluyor.
10,5KG karbon bisiklete ilk bindiğimde yokluğa binmiş gibi hissetmiştim o kadar hafif gelmişti. Jantların ve lastiğin çok büyük payı var burada.

@Gökhan Akkaya aynen katılıyorum.donen parcalarin ağırlığı inanilmaz fark eder.2013 yılında2.bisiklet olarak eski celik jantli yol bisikleti almistim 18kg idi bos agirligi jantlar celikti hizlanmasi guctu ama x2 akiciligi daha fazla idi hatta fazla hizli gittigin zaman durdurmasi cok zordu

@Emre Özhan 18kg yol bisikleti harbiden görmek isterdim o bisikleti.

Ağırlıktan ziyade dişli oranları daha önemli. Eğer bizim rotalar gibi 70 km 2000 mt çıkacaksan 11-32 11-34 ruble 2 kg daha hafif bisikletten avantajlı olur. Çünkü kadans ile çıkabilirsin.

Videoyu izlemeyen var mı bilmiyorum da kısa özet geçmek gerekirse 2 bisiklet deniyorlar.
Birisi Canyon Aeroad diğeri de eski bir yol bisikleti.Kabaca fiyat hesabı yaparsak birisi 30.000 TL diğeri 500 TL.
Aradaki farkı şöyle nitelendirmişler.

Tırmanış %10.1
İniş %15.3
Zamana Karşı %7.1
Fren %94.4

Aerodinamiğin ağırlıktan daha önemli olduğunu vurgulamışlar.İnişte bile frenlemenin artısı olduğundan bahsediliyor.
Neyse esas konuya dönersek rakibinizden %20 daha iyi performansınız var ise Salcano Xrs 070 ile Canyon Aeroad'ı tokatlayabilirsiniz

Herkese merhaba, bu benim ilk yorumum.

Başlık ve ilk yorumu okudum, diğer yorumları gözden geçirdim. Konu kendi içinde çok dallanıp budaklanmış ama, bir fizik mezunu olarak elimden geldiğince yanıtlamaya çalışacağım. Hatalı olduğum noktalar olursa lütfen belirtin, ben de daha detaylı araştırayım.

Önce, tek değişken olarak ağırlığı ele alalım. Ağır (örneğin 15 kg) ve hafif (örneğin 10 kg) olarak toplam iki adet bisikletimiz olsun. Bu iki bisikletin, kıyaslamasını durumlar üzerinden açıklayayım. Aerodinamik konusu önceki açıklamalarda gayet detaylı olarak belirtilmiş, onu es geçiyorum
Ağırlık dışındaki diğer değişkenlerden "alt değişkenler" olarak bahsedeceğim.

Yokuş çıkma: Ağır bisiklet; gerek yüzeye -tekerlekler aracılığıyla sürücü ve bisikletinin yola- yaptığı ağırlık ve buna bağlı olarak artırdığı direnç (yüzeyden bisikletin gidiş yönünün tam zıttı yönünde, yer çekimi etkisiyle kazandığı kuvvet ve lastiklerin yola uyguladığı) fazla olacaktır. Bu dirençten fazla kuvvet uygulamadığımız sürece bisikleti ilerletemeyiz. Hafif bisiklette ise yüzeye uygulanan ağırlık ve direnç, ağır bisiklete nazaran daha az olacağı için ilerlemek, ağır bisikletle aynı kuvvet uygulandığını (pedallamak) düşünürsek daha rahat olacaktır. Önemli alt değişkenler: tekerleklerin yola değdiği yüzey alanı, eğim açısı.

Yokuş inme: Yokuş aşağı sürüşte kuvvet uygulanmadığı takdirde, sürücü ve bisikletin toplam ağırlığının, eğim açısına ve oturma pozisyonuna bağlı olarak hafif bisiklete nazaran daha hızlı inecektir. Önemli alt değişkenler: momentum, ağırlık merkezi

Düz yol: Ve en güzel kısma geldik Düz yolda, eşit kuvvette hafif bisiklet daha kolay ivmelenir (birim zamanda birim hız artışı ağır bisiklete göre fazla olur). Bu yüzden kalkışlarda hafif bisikletle daha rahat kalkarsınız ve ortalama hıza daha çabuk ulaşırsınız. Eşit hızlarda ağır ve hafif bisikletlerde ise ağır bisiklet, kütlesine bağlı olarak hafif bisiklete göre daha fazla momentum kazanır. Daha fazla momentum kazandığı için, durması hafif bisiklete göre daha fazla enerji isteyecektir. Durması için eşit hızlardaki iki bisikletimize durması eşit enerji uygulanırsa (frenleme) ağır bisiklet biraz daha uzun süre sonra tamamen duracaktır. Yani ağırlık azaldıkça hız değişimi(ivme) artar. Önemli alt değişkenler: momentum

Her zaman olmasa da ortalama bir kullanıcının ortalama hızlarda sürüş yaptığını varsayarsak hafif bisiklet ağır bisiklete göre her zaman önde olacaktır.

Aerodinamik konusuna girmedim, ilk yorumlarda belirtilmiş, gayet yeterli bir açıklama kanaatimce. Maksimum hız değerlerinizi yükseltmek isterseniz aerodinamiği es geçmeniz çok yanlış olur. Yüksek hızlarda yüksek hava direnciyle karşılaşılır. Her şeyden önce, yüksek hızlarda güvenli sürüş için aerodinamiğe dikkat etmelisiniz.

size bomba bir soru sorayim mi? simdi 65 kg olup 10 kg lik sehir bisikletine mi binmek ya da 55 kg olup 14 kg lik sehir bisiklet e binmek mi daha iyidir? yani diyorum ki kendi kilomuzun fazla olduktan sinra bence bisikletin ağırlığının pek önemi kalmiyor

@Desert Fox

Boyle bir durumdan soz etmek icin hakimiyeti "0" olarak ele almamiz lazim. Muhtemelen 65 kg.'lik bir insanin 55kg.'lik bir insana gore (tamamen kas agirligi oldugunu dusunursek) altindaki bisiklete daha fazla hakim olabilir. Yani bu durumda 65kg. olan kisi her kosulda ustun olur. Tabi altinda 25kg.'lik bir bisiklet yoksa Bence budur