|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
TRANSPORT PERSONNEL : TERRESTRE, EAU, AERIEN
À propos de l'efficacité du vélo. Transport personnel
Annuaire / Transport personnel : terrestre, maritime, aérien L'efficacité d'un vélo, tant sur le plan biologique que mécanique, est très élevée. Les chercheurs ont calculé qu'en termes de quantité d'énergie qu'une personne doit dépenser pour parcourir une distance donnée, un vélo est le véhicule autopropulsé le plus efficace. D'un point de vue mécanique, jusqu'à 99% de l'énergie est transférée des pédales aux roues, bien que l'utilisation d'un mécanisme de changement de vitesse puisse réduire cette quantité de 10 à 15%. En termes de rapport entre la charge utile qu'un vélo peut transporter et le poids total, un vélo est également le moyen de transport de marchandises le plus efficace. Efficacité énergétique Une personne circulant à vélo à des vitesses faibles à moyennes (16-24 km/h) utilise la même quantité d'énergie que celle nécessaire pour marcher, de sorte que le vélo est le moyen de transport public le plus économe en énergie disponible. La traînée aérodynamique, qui augmente approximativement avec le carré de la vitesse, nécessite plus de puissance par rapport à la vitesse car à mesure que la vitesse du vélo augmente, la puissance requise augmente de manière cubique, puisque la puissance est égale à la vitesse multipliée par la force : P = F * v (Fig. 1.). Un vélo dans lequel le cycliste est en position couchée est appelé un ligerad (également appelé rickambent), et si le vélo a un carénage aérodynamique utilisé pour obtenir une traînée aérodynamique très faible, alors on l'appelle un aérodynamique. Graphique de la puissance requise en fonction de la vitesse du vélo
Sur une surface plane et dure, une personne de 70 kg a besoin d'environ 30 watts d'énergie pour se déplacer à une vitesse de 5 km/h. La même personne à vélo, étant sur la même surface et utilisant la même puissance, peut se déplacer à une vitesse moyenne de 15 km/h, donc la consommation d'énergie en kcal/(kg*km) sera environ trois fois moindre. Les numéros suivants sont couramment utilisés : 1.62 kJ / (km * kg) pour le vélo, 3.78 kJ / (km * kg) pour marcher / courir, 16.96 kJ / (km * kg) pour la natation. Les cyclistes amateurs peuvent généralement délivrer 3W/kg pendant plus d'une heure (par exemple environ 210W pour un cycliste de 70kg), les meilleurs amateurs peuvent délivrer 5W/kg et les athlètes d'élite peuvent atteindre 6W/kg sur des périodes similaires. Les cyclistes sur piste de sprint d'élite sont capables d'atteindre brièvement des niveaux de puissance de pointe d'environ 2000 25 watts, soit plus de 1600 watts/kg ; les cyclistes sur route d'élite peuvent obtenir une puissance de pointe à court terme de 1700 watts à XNUMX watts pour une explosion instantanée jusqu'à la ligne d'arrivée à la fin d'une course sur route de cinq heures. Même lorsque vous vous déplacez à des vitesses modérées, la majeure partie de l'énergie est dépensée pour surmonter la traînée aérodynamique, qui augmente avec le carré de la vitesse. Ainsi, la puissance nécessaire pour vaincre la résistance de l'air augmente avec le cube de la vitesse. Vitesses de cyclisme typiques Les vitesses typiques des vélos vont de 15 à 30 km/h. Sur un vélo de course rapide, le cycliste moyen peut rouler à 50 km/h sur un terrain plat pendant de courtes périodes. La vitesse la plus élevée officiellement enregistrée pour un véhicule mû par l'énergie musculaire en roulant sur une surface plane par temps calme et sans assistance extérieure (c'est-à-dire qu'aucune voiture ou moto ne se déplaçait devant le véhicule) était de 133,284 km/h. Ce record a été établi par Sam Whittingham en 2009 à Varna. En 1989, lors d'une course à travers l'Amérique, un groupe de véhicules à propulsion musculaire a traversé les États-Unis en seulement 6 jours. La vitesse la plus élevée officiellement enregistrée lors de la conduite d'un vélo avec un cycliste debout normal, toutes choses égales par ailleurs, était de 82,52 km/h sur une distance de plus de 200 mètres. Ce record a été établi en 1986 par Jim Glover sur un vélo "Multon AM7" lors du troisième symposium scientifique international sur les véhicules à propulsion musculaire à Vancouver. Poids contre puissance Une grande compétition a été organisée pour réduire le poids des vélos de course grâce à l'utilisation de matériaux et de composants modernes. De plus, les roues modernes ont des roulements à faible frottement et d'autres caractéristiques pour réduire la traînée, mais lors de nos tests, ces composants n'ont eu que peu ou pas d'effet sur les performances du vélo lors de la conduite sur une route plate. Par exemple, la réduction du poids d'un vélo de 0,45 kg aura le même effet dans un contre-la-montre de 40 km sur une route plate que la suppression de toute saillie ayant une surface de profil aérodynamique de la taille d'un crayon. De plus, l'Union cycliste internationale fixe une limite au poids minimum d'un vélo qui sera autorisé à courir, afin d'éviter que les vélos ne soient si fins qu'ils ne soient pas sûrs à utiliser. Pour cette raison, dans le développement des derniers modèles de vélos, tous les efforts ont été dirigés pour réduire la traînée aérodynamique en utilisant des tubes de forme aérodynamique, des rayons plats sur les roues et en utilisant des guidons tels que la position du torse du cycliste et de ses mains aurait traînée aérodynamique minimale. Ces changements peuvent affecter considérablement les performances, réduisant le temps nécessaire pour parcourir la distance. Moins de poids permet de gagner beaucoup de temps lors de la montée sur un terrain vallonné. Énergie cinétique d'une roue qui tourne Considérez l'énergie cinétique et les "masses en rotation" d'un vélo afin d'étudier l'impact de l'énergie de rotation par rapport aux masses non rotatives. L'énergie cinétique d'un objet en mouvement de translation est déterminée par la formule E = 0.5 mV2 Où E - énergie en joules, m - masse en kilogrammes, v - vitesse, m / s. Pour les masses en rotation (par exemple, pour une roue), l'énergie cinétique de rotation est définie comme E=0.5Iω2 Où I est le moment d'inertie, ω est la vitesse angulaire en radians par seconde. Pour une roue avec toute sa masse située sur le bord extérieur (nous utilisons cette approximation pour une roue de vélo), le moment d'inertie est je=0.5mr2 Où r est le rayon en mètres. La vitesse angulaire est liée à la vitesse d'avancement et au rayon du pneu. S'il n'y a pas de glissement, la vitesse angulaire sera déterminée par la formule : ω = v/T lorsque des masses en rotation se déplacent le long de la route, l'énergie cinétique totale est alors égale à la somme de l'énergie cinétique des mouvements de translation et de rotation : E = 0.5 mV2 + 0.5Iω2 En remplaçant I et ω dans l'expression précédente, on obtient E=0.5mv2 +0.5 mr2 *v2/r2 Le terme r2 s'annule, et par conséquent on obtient l'expression E=0.5mv2 +0.5mv2 = mv2 En d'autres termes, l'énergie cinétique des masses en rotation des roues est le double de l'énergie des masses immobiles du vélo. Il y a une part de vérité dans le vieil adage, "Une livre sur les roues équivaut à 2 livres sur le cadre." Tout dépend, bien sûr, de la précision avec laquelle le cerceau mince est un modèle approximatif d'une roue de bicyclette. En réalité, toute la masse ne peut pas être concentrée dans la jante. A titre de comparaison, l'autre extrême serait une roue dont la masse est uniformément répartie sur l'ensemble du disque. Dans ce cas je = 0.5mr2, et donc l'énergie cinétique totale résultante devient égale à E = 0.5 mv2 +0.25mv2 = 0.75 mv2. Réduire le poids de la roue d'un kilogramme équivaut à réduire le poids du cadre du vélo de 1,5 kg. Les paramètres de la plupart des roues de vrais vélos se situeront quelque part entre ces deux extrêmes. Une autre conclusion intéressante de cette équation est que pour les roues de vélo qui ne glissent pas lors du déplacement, l'énergie cinétique est indépendante de leur rayon. En d'autres termes, l'avantage des roues de 650 mm est leur faible poids et non leur plus petit diamètre, comme on le prétend souvent. L'énergie cinétique des autres masses en rotation sur le vélo est très faible par rapport à l'énergie cinétique des roues. Par exemple, si vous pédalez à environ 1/5 de la vitesse des roues, leur énergie cinétique sera d'environ 1/25 (par unité de poids) de l'énergie des roues. Étant donné que leur centre de masse se déplace le long d'un rayon plus petit, leur énergie est encore réduite. Convertir en kilocalories En supposant qu'une roue qui tourne peut être considérée comme la somme des masses de la jante et du pneu, plus un autre 2/3 de la masse des rayons, tout est centré sur la jante/les pneus. Pour un cycliste de 82 kg sur un vélo de 8 kg (le poids total est de 90 kg) à 40 km/h, l'énergie cinétique est de 5625 joules pour le cycliste plus 94 joules pour les roues qui patinent (1,5 kg est le poids total des jantes, des pneus et des rayons). En convertissant les joules en kilocalories (pour cela, vous devez multiplier les joules par 0,0002389), nous obtenons 1,4 Kcal (ce sont des calories alimentaires). Ces 1,4 kcal correspondent à la quantité d'énergie nécessaire pour accélérer le vélo à partir d'un arrêt, ou qui est dissipée sous forme de chaleur lors du freinage jusqu'à l'arrêt complet. Ces 1,4 kilocalories suffisent à chauffer 1 kg d'eau de 1,4 degrés Celsius. La capacité calorifique de l'aluminium étant de 21% de celle de l'eau, cette quantité d'énergie est suffisante pour chauffer une jante de 800 grammes en alliage d'aluminium de 8°C lors d'un arrêt rapide. Les jantes ne chauffent pas beaucoup à l'arrêt sur une route plate. Pour calculer la dépense énergétique d'un cycliste, le facteur d'efficacité est pris égal à 24%, ce qui donne 5,8 kcal nécessaires pour accélérer le vélo et le cycliste à une vitesse de 40 km / h, ce qui nécessite environ 0,5% de l'énergie nécessaire pour rouler à une vitesse de 40 km/h pendant une heure. Cette dépense énergétique se fera en 15 secondes, à raison d'environ 0,4 kcal par seconde, alors qu'une conduite soutenue à 40 km/h nécessite 0,3 kilocalories par seconde. Avantages des roues légères L'avantage des vélos légers, et en particulier des roues légères, par rapport à l'énergie cinétique est que l'énergie cinétique ne commence à montrer son effet que lorsque la vitesse du vélo change, il y a donc deux cas où les roues légères sont avantageuses : en sprint et en négociation virages serrés dans le critère. Dans un sprint de 250 m en se déplaçant à une vitesse de 36 à 47 km/h, avec un vélo et un athlète pesant 90 kg, plus un autre 1,75 kg de poids de roue (jantes, pneus, rayons), l'énergie cinétique augmente de 6360 joules (6,4 .500 kcal). Si nous réduisons le poids total des jantes, des pneus et des rayons de 35 g, cette énergie cinétique diminuera de 1 J (1,163 kcal = 500 wattheures). L'effet de ce gain de poids sur la vitesse ou la distance parcourue est assez difficile à calculer, il faut connaître la puissance développée par l'athlète et la longueur de la distance de sprint. Les calculs montrent qu'une réduction du poids des roues de 0,16 grammes fera gagner au sprinteur un gain de temps de 188 seconde, et un gain de distance parcourue de 0,05 cm. Si les roues sont rendues aérodynamiques, alors le gain sera de 40 km/ h à une vitesse de 0,6 km/h , le gain de poids sera négligeable par rapport au gain de forme aérodynamique des roues. En comparaison, les meilleures roues de vélo aérodynamiques donnent un gain d'environ 40 km/h à une vitesse de 500 km/h, donc dans un sprint, il vaut la peine d'utiliser un ensemble de roues aérodynamiques pesant XNUMX g ou moins. Dans un critérium (course en circuit en groupe), le coureur commence souvent à accélérer rapidement après avoir passé chaque virage. Si le cycliste doit freiner avant de passer chaque virage (plutôt que de ralentir pour ralentir), alors l'énergie cinétique ajoutée à chaque accélération est perdue sous forme de chaleur lors du freinage. Lors de la course du critérium sur terrain plat à 40 km/h, avec un tour de 1 km et chaque tour comporte 4 virages, la perte de vitesse à chaque virage est de 10 km/h. La durée de la course est d'une heure, le poids du cycliste est de 80 kg, le vélo est de 6.5 kg, les jantes, roues et rayons pèsent 1.75 kg, dans cette course vous devrez franchir 160 tours. Cela nécessitera 387 kcal supplémentaires aux 1100 kcal nécessaires pour rouler à vitesse constante sur la même distance. Réduire le poids des roues de 500 g réduira la consommation énergétique totale du corps de 4,4 kcal. Si l'ajout de 500 g de poids supplémentaires aux roues entraîne une réduction de 0,3 % de la traînée aérodynamique (ce qui se traduit par une augmentation de la vitesse de 0,03 km/h en roulant à 40 km/h), alors la dépense calorique pour compenser le poids supplémentaire sera compensée par une réduction de la traînée aérodynamique. Un autre endroit où des roues plus légères peuvent faire une grande différence est la montée. Vous pouvez même entendre une expression telle que "ces roues ont ajouté 0,5 à 1 km / h de vitesse", etc. De la formule de calcul de la puissance, il s'ensuit que 450 grammes de masse économisée donneront une augmentation de 0,1 km / h à la vitesse lors de la conduite en montée avec une inclinaison de 4 °, et même une économie de poids de 1,8 kg donnera une augmentation de la vitesse de seulement 0,4 km / h pour un athlète léger. Alors, quel est l'effet positif significatif de la réduction du poids des roues ? Certains suggèrent qu'il n'y a pas d'économies, mais il y a un « effet placebo ». Il a également été suggéré que le changement de vitesse à chaque coup de pédale lors de la conduite en montée explique l'avantage qui en résulte. Cependant, l'énergie est conservée lors des changements de vitesse - pendant la phase de pédalage, le vélo accélère légèrement, tandis que l'énergie cinétique s'accumule, et dans les "zones mortes" lors du pédalage du point haut de la course, le vélo ralentit, de sorte que l'énergie cinétique est restaurée. Ainsi, une augmentation de la masse en rotation peut réduire quelque peu la variation de la vitesse du vélo, mais elle n'augmente pas le besoin d'énergie supplémentaire. Les vélos plus légers grimpent plus facilement, mais l'effet "masse en rotation" n'est un problème que lors d'accélérations rapides, et même alors, il est faible. Explications Les explications techniques possibles des avantages largement revendiqués des composants légers en général, et des roues légères en particulier, sont les suivantes : 1. Les poids légers gagnent dans les courses où il y a des montées importantes car les vélos plus lourds ne peuvent pas compenser l'énergie perdue en descente ou à plat : le cycliste sur le vélo le plus léger se contente de rouler en roue libre. De plus, si deux cyclistes identiques sur un vélo lourd et léger atteignent simultanément le point bas après avoir grimpé jusqu'à la ligne d'arrivée, alors tout l'avantage passe au vélo léger. Ce n'est pas le cas dans les contre-la-montre vallonnés (ou en solo), où l'avantage de roues plus lourdes mais plus aérodynamiques compense facilement la distance perdue dans les montées. 2. Les vélos légers gagnent des sprints car ils sont plus faciles à accélérer. Mais notez que des roues aérodynamiques plus lourdes procurent des gains de vitesse importants, et pendant une bonne partie de la course, le sprinteur accélère un peu mais consacre l'essentiel de ses efforts à surmonter la traînée aérodynamique. Dans de nombreuses situations de sprint, des roues plus lourdes mais plus aérodynamiques peuvent aider à gagner. 3. La légèreté offre un avantage décisif en raison de l'accélération constante après chaque virage. Les roues plus lourdes mais plus aérodynamiques offrent un léger avantage car les pilotes sont la plupart du temps en groupe. Les économies d'énergie des roues légères sont minimes, mais elles peuvent être plus importantes car les muscles des jambes doivent fournir un effort supplémentaire à chaque fois que vous pédalez. Il existe deux explications "non techniques" à l'effet de légèreté. Premièrement, il y a l'effet placebo. Comme le cycliste se sent sur un meilleur vélo (plus léger), il pédale plus fort et roule donc plus vite. La deuxième explication, non technique, est le triomphe de l'espoir sur l'expérience du cycliste - car le poids plus léger du vélo n'augmente pas significativement sa vitesse, mais le cycliste pense qu'il va plus vite. Parfois, cela est dû à un manque de données réelles, comme lorsqu'il a fallu deux heures à un cycliste pour gravir une côte sur son ancien vélo, mais sur son nouveau vélo, il l'a fait en 01h50. Des facteurs tels que l'ajustement du cycliste au vélo lors de ces deux ascensions, si le temps était chaud ou venteux, dans quel sens soufflait le vent, comment le cycliste se sentait, etc. ne sont pas pris en compte. Une autre explication, bien sûr, pourrait être les avantages marketing associés à la promotion de l'idée de perte de poids. Après tout, l'argument "augmentation de la consommation d'énergie musculaire" est le seul qui puisse soutenir les avantages revendiqués des roues légères dans les situations où une accélération rapide est nécessaire. Cet argument devrait indiquer que si le cycliste est déjà à la limite de l'effort à chaque secousse ou à chaque coup de pédale, alors la petite quantité de puissance supplémentaire nécessaire pour compenser le poids supplémentaire serait un fardeau physiologique important. Il n'est pas clair si cette affirmation est vraie, mais c'est la seule explication des avantages revendiqués de la réduction du poids des roues (par rapport à la réduction du poids pour le reste du vélo). Pour ces accélérations, peu importe si les roues sont devenues plus légères d'un demi-kilogramme ou si le poids du vélo et l'athlète sont devenus plus légers d'un kilo. La merveille des roues légères (par rapport à la réduction de poids dans toute autre partie du vélo) est difficile à voir.
▪ Véhicule tout-terrain-véhicule pneumatique ▪ Bateau amphibie touristique Amfa
Machine pour éclaircir les fleurs dans les jardins
02.05.2024 Microscope infrarouge avancé
02.05.2024 Piège à air pour insectes
01.05.2024
▪ Les parents fument - les enfants tombent malades ▪ La lecture en tant qu'enfant améliore la capacité cognitive ▪ Prouvé l'existence de particules quantiques immortelles ▪ Banque d'alimentation Huawei 40W 12000mAh
▪ section du site Commandes de tonalité et de volume. Sélection d'articles ▪ article Ligné fait. Expression populaire ▪ L'article de Gombo. Légendes, culture, méthodes d'application
Page principale | bibliothèque | Articles | Plan du site | Avis sur le site
www.diagramme.com.ua |
Nous recommandons des articles intéressants section 
Voir d'autres articles section 
Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique :
Toutes les langues de cette page