IMG_9073

„Nem elég, hogy mindig szembe fúj a szél, hazafelé a dombok is megfordulnak" - szól a régi kerékpáros sóhaj. Igazság ez, vagy csupán a fáradó bringás érzi így?

 Igazság bizony, fizikai összefüggésekkel bizonyítható. Érvényteleníteni ezeket nem lehet, alkalmazkodni hozzájuk viszont igen.

A kerékpáros izommunkájával kifejtett teljesítményt a menetellenállások emésztik fel, egyenletes sebességű vízszintes haladáskor a gördülési- és a légellenállás éppen egyenlő a hajtóerővel. (A cikkben végig elhanyagoljuk a jelentéktelen tényezőket, mint a kerékpár alkatrészeinek súrlódása, vagy a levegő sűrűségének csökkenése nagyobb magasságban). Kis sebességnél (20 km/óra alatt), puhára leeresztett kerekű strapabicikli esetében a gördülési ellenállás dominál, felpumpálással ezt könnyű csökkenteni, persze a komfort rovására. Nagynyomású, nagyjából sima futófelületű gumi használatával, sportos kerékpározásra jellemző, 25 km/óra fölötti tempónál a légellenállás a döntő tényező. Mitől függ ennek mértéke?

A légellenállás egyenesen arányos az áramlásra merőleges keresztmetszeti felülettel, a forma áramvonalasságával (alaktényező), és a levegőhöz viszonyított sebesség négyzetével, azaz kétszer akkora felület, vagy kétszer rosszabb alaktényező megduplázza a légellenállást, kétszeres sebesség viszont megnégyszerezi! Ezek szerint a relatív sebességen múlik a legtöbb – hagyjuk annak tárgyalását a végére, és foglalkozzunk előbb az egyszerűbbekkel.

A felületet és az alaktényezőt csökkenthetjük előrehajló testtartással, országúti bringán alsó kormányfogással, testre simuló öltözékkel, kevés, áramvonalas vagy burkolt küllővel, fekvőbringa (reku) használatával, vagy áramvonal-idommal (ez utóbbi csak rekordfutamokon, illetve közúti használatban rekukon fordul elő). Passzentos ruhát viselő rekus légellenállása fele akkora lehet, mint egy lobogó öltözékű túrakerékpárosé.

Ami a fő tételt, a sebességet illeti, megjegyzendő, hogy a légellenállás a sebesség négyzetével arányos, de a leküzdéséhez szükséges teljesítmény már a sebesség harmadik hatványával, azaz köbével: kétszeres sebességhez nyolcszoros teljesítménykifejtés szükséges. Tehát ha a Tour de France egyenkénti indítású időfutamának 50 km-es távját egy óra alatt hajtja le egy élversenyző, akkor nyolcszor annyi energiát fejt ki, mintha 25-tel menne!

einstein 1933

Itt jön be a szél hatása, hiszen a légellenállás, mint említettük, nem az úthoz, hanem a levegőhöz viszonyított sebesség függvénye. Az ellenszél sebessége hozzáadódik a bringáséhoz, a hátszélé levonódik belőle. Ebből azt képzelhetné valaki, hogy adott sebességű szél ugyanannyit segít, ha hátulról fúj, mint amennyit hátráltat pofaszélként. Ez azonban a négyzetes összefüggés miatt egyáltalán nem így van!

A számításokat elvégezni meglehetősen bonyolult lenne, de nincs rá szükségünk, mivel van egy nagyon ügyes (német nyelvű) kalkulátor, ahol csak be kell írni a kiinduló adatokat a rubrikákba, és szépen kiszámít mindent. A következő adatokat innen vettem, és bárki megkaphatja a sajátjait (németből gyengébbek részére a rubrikák beírásainak fordítását megadom a cikk végén).

Vegyük előbb azt az esetet, hogy ragaszkodunk a 33 km/órás sebességhez, ami túrakerékpárosnak már nagyon erős hajtás, versenyzőnek pedig normál utazótempó. Azért választottam éppen ezt, mert ennél hoz ki a kalkulátor szép kerek 100 wattos teljesítményt, amit rövidebb-hosszabb ideig sokan képesek tartani. Tehát szélcsendben 33-mal megyünk. Most bejön egy 10 km/órás ellenszél, a relatív sebességünk tehát 40 km/órára nő, csakhogy ekkor már 224 wattot kell kifejteni! Az átlagos bringás percek alatt kifullad. Ha hátba kapjuk ugyanezt a szelet, akkor 34 wattra csökken a teljesítményigény, amit az idők végezetéig tartani lehet.

Ebből azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a példa szerinti ellenszél reménytelenül nagy akadály, 124 watt többletet követel, míg a hátszél csak 66 watt nyereséget hoz. Tehát egy oda-vissza úton többet hátráltatott az ellenszél, mint amennyit segített a hátszél, az összhatás olyan, mintha végig egy gyenge ellenszél fújt volna – igazolódott tehát a bringások hiedelme, miszerint mindig szembe fúj a szél!

Példánk azonban nem volt valami gyakorlatias, hiszen a természet erőivel nem harcolni, hanem azokat lehetőleg kihasználni törekvő biciklista nem állandó menetsebességet akar mindenáron tartani, hanem inkább állandó teljesítményt fejt ki, aztán halad, amennyire éppen sikerül. Nézzük akkor most így! Állandó 100 watt kifejtésével pedálozunk. Szélcsendben a sebességünk 33 km/óra, 10 km/órás ellenszélben 23 km/óra, ugyanolyan hátszélben 43 km/óra. Ha mondjuk 100 kilométer a túratáv, akkor szélcsendben nagyjából három óra alatt tesszük meg, ellenszélben 4 és fél óra alatt, hátszélben 2 óra 20 perc alatt. Az ellenszél másfél órát rontott az időn, a hátszél viszont csak 40 percet segített. Az oda-vissza 200 kilométeren 50 perc veszteséget okozott a teljesen „igazságosan" fújó pofa-, illetve hátszél! Megint azt kaptuk, mintha egy örökös, enyhe ellenszél fújna, pontosan 3 km/órával.

Mit tehetünk ennek ismeretében? Ésszel kell biciklizni. Ahelyett, hogy férfiasan kifeszített mellkasunkkal megpróbálnánk visszatolni az ellenszelet oda, ahonnan jön, elpufogtatva energiánkat, jobb lelassulva erőt kímélni. Az Internetről megnézhetjük, milyen irányú és erősségű szél várható, és ezt figyelembe lehet venni túratervezéskor: ha egyébként mindegy, akkor jobb ellenszeles irányban elindulni, és hátszéllel hazavitorlázni. Háromszög alakú pályán olyan forgásirányt célszerű választani, hogy az egyik szárán hátszél, a másik kettőn oldalszél legyen. Ne feledjük a régi bringás mondást: Szél úr nagy úr!

df_vs_volae

Mi a helyzet a dombokkal? Itt nincs olyan probléma, hogy kétszeres meredekség, vagy kétszeres sebesség négyszeres ellenállást okozna, szép lineárisan változik az erő- és teljesítményigény. Mégis van egy csavar a dologban, amely az átlagsebességgel kapcsolatos: egy hosszú lassú menetet nem lehet rövid gyors száguldással behozni. Ezért, ha sík útszakasz helyett átkelünk egy dombon vagy hegyen, az tovább tart, és jobban el is fáraszt, mert a soká tartó kapaszkodást akkor sem tudnánk kipihenni a lejtőn lesüvítve, ha nem lenne az is egy fárasztó dolog.

Nézzük meg ezt is egy számpéldán, az előbbi kalkulátort használva, ezúttal szélcsend feltételezésével. Megint egyenletes 100 watt kifejtésével hajtunk. Vízszintesen a sebességünk 33 km/óra, ezzel egy 20 kilométeres szakaszt 36 perc alatt teszünk meg. Ha viszont a szintén 20 kilométeres következő szakasz első fele 5 százalékos emelkedő, a második fele pedig 5 százalékos lejtő, akkor (90 kg ember + kerékpár súlyt feltételezve) 5 km/órával, 2 óra alatt alatt kaptatunk fel, és 90-nel, nem egész 7 perc alatt zúgunk le a túloldalon. Az egész 127 percig tartott, a síksághoz képest vesztettünk másfél órát, és jól kimerültünk. Visszafelé persze ugyanez lesz a helyzet: „megfordult a domb", a hosszú mászós oldalával fordult felénk, és a rövid lejtő esett a túloldalba. Persze nem kilométerben, hanem időben kell ezt érteni, de attól még igaz. Az összhatás tehát végső soron megint csak olyan, mintha enyhén ugyan, de állandóan emelkedne az út.

Lehet, hogy a választott paraméterek nem elég reálisnak tűnnek, ez esetben ki-ki kalkulálhat a saját adataival – jó számolgatást és szórakozást kívánok! Az összefüggések azonban általános érvényűek, így kimondhatjuk, hogy igaz a bringás tapasztalat: a szél mindig szembe fúj, és az emelkedők hosszabbak a lejtőknél. Kivételképpen létezik olyan, hogy lejtőn, hátszélben suhanunk, de hosszú idő átlaga szerint örökös ellenszélben, emelkedőn küszködünk, mint valami modern Sziszifusz.

Kalkulátor beírásainak fordítása:

  • Deine Geschwindigkeit – Sebességed
  • Windgeschwindigkeit – Szélsebesség
  • Dein Gewicht – Súlyod
  • Steigung – Emelkedés Grad – Fok
  • berechne – számolj!
  • Die relative Geschwindigkeit beträgt – Relatív sebesség m/s vagy km/óra
  • Der Gesamtwiderstand beträgt – Összes menetellenállás
  • Der nötige Kraftaufwand um eine konstante Geschwindigkeit beizubehalten – Az állandó sebesség tartásához szükséges teljesítményráfordítás watt vagy kalória/perc
  • (A hátszelet és a lejtőt negatív előjellel kell beírni.)