Es wird oft behauptet, dass z. B. "Ein Gramm Gewicht an den Felgen wie das Hinzufügen von 7 Unzen Rahmengewicht ist." Das ist "allgemein bekannt", aber einige von uns sind skeptisch, und unsere groben Versuche, die Mathematik zu erarbeiten, scheinen diese Skepsis zu unterstützen.
Nehmen wir also einen Standard-700C-Fahrradreifen mit einem Außenradius von etwa 36 cm, ein Fahrrad mit einem Gewicht von 90 kg mit Fahrrad und Fahrer und ein Reifen + Schlauch + Felge mit einem Gewicht von 950 g an. Unter der vereinfachenden Annahme, dass sich die gesamte Radmasse am Außendurchmesser befindet, wie viel Einfluss hat das Hinzufügen von einem Gramm zusätzlichem Gewicht am Außendurchmesser auf die Beschleunigung im Vergleich zum Hinzufügen von einem Gramm Gewicht zum Rahmen + Fahrer?
Ich habe diese Frage im Physik Stack Exchange gestellt .
Die Antwort, die ich bekam, war 2x - das Hinzufügen einer Unze (oder Gramm) zum Rad am Außendurchmesser (dh der Lauffläche) entspricht in Bezug auf die zum Beschleunigen erforderliche Kraft / Energie dem Hinzufügen der doppelten Menge zum Fahrradrahmen .
Die Antwort war etwas kompliziert und erfordert sorgfältiges Lesen, um sie vollständig zu verstehen, aber die Antwort kann auch mit diesem Gedankenexperiment erklärt werden:
Wenn Sie ein theoretisch schwereloses Rad haben, das an einer stationären Achse befestigt ist (dh nicht auf dem Boden rollt), und Sie seinem Außendurchmesser eine Masse hinzufügen, ist die Energie, die benötigt wird, um diese zusätzliche Masse auf eine Tangentialgeschwindigkeit zu beschleunigen, dieselbe wie die Energie, die erforderlich wäre, um die Masse auf die gleiche lineare Geschwindigkeit zu beschleunigen (dh als wäre sie an einem schwerelosen Fahrradrahmen befestigt).
Aber wenn unser theoretisch schwereloses Rad nicht auf einer stationären Achse befestigt ist, sondern stattdessen an unserem theoretisch schwerelosen Fahrrad befestigt ist, beschleunigen wir die Masse sowohl tangential als auch linear, sodass wir die beiden Energieanforderungen addieren, was bedeutet, dass die doppelte Kraft erforderlich ist, um dies zu erreichen die gleiche Beschleunigung und die doppelte Energie, um auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu beschleunigen.
Die Antwort ist also 2x (und nicht 7x oder 10x oder was auch immer oft zitiert wird).
Der Grund, warum Leute über die Auswirkungen von zusätzlichem Gewicht auf die Räder im Vergleich zum Rahmen sprechen, ist nicht die Beschleunigung (das 2x-Ergebnis von Daniel R. Hicks Antwort ist übrigens richtig), sondern eher die Federung: Das ungefederte Gewicht muss jeder Unebenheit folgen der Straße treu, und das kostet Energie. Das Schwebegewicht muss nicht jeder Wurzel/Stein/Schlagloch folgen und verbraucht entsprechend weniger Energie. Für Autos mit ihren hervorragenden Federungen ist dies leicht ein 7-facher Unterschied.
Fahrräder haben jedoch sehr wenig Federung. Die Hauptquellen der Federung sind der Reifen selbst und der Fahrer selbst. Kleine hochfrequente Unebenheiten, die sonst ein erhebliches Energieentzugspotential hätten, ausgleicht der Reifen in der Regel gut (abhängig vom Reifendruck natürlich - das ist der Grund, warum ein zu hoher Druck den Rollwiderstand sogar erhöhen kann). Die große Menge der größeren, niederfrequenten Störungen (Schlaglöcher, unebene Pflastersteine, Wurzeln usw.) wird durch den Rahmen übertragen, um vom Fahrer absorbiert zu werden.
Speichen spielen aber auch bei der Federung eine Rolle, so dass ein Gramm an der Felge tatsächlich mehr Energie verbraucht als ein Gramm am Rahmen. Aber das ist ein kleiner Effekt, viel kleiner als 2x, würde ich wetten.
Die Dinge ändern sich drastisch, wenn Sie Ihr Fahrrad mit Federung ausstatten: Die Federung soll verhindern, dass Schlaglöcher und dergleichen auf den Rahmen übertragen werden, wodurch der Energieverlustfaktor in die Nähe der Werte für Autos gebracht wird.
Es ist also in der Physik bekannt, dass eine feste Scheibe (Gewicht gleichmäßig verteilt) einen Reifen (Gewicht gleichmäßig auf den Umfang verteilt) schlägt und eine Kugel (Gewicht gleichmäßig verteilt) sowohl eine Scheibe als auch einen Reifen schlägt, wenn sie ohne Verwendung von nichts in einer Ebene heruntergerollt wird aber Schwerkraft. Es kommt alles auf den Abstand der Gewichte von der Achse an. Am Anfang braucht es mehr Energie, um ein bestimmtes Gewicht zu bewegen oder wenn es bergauf geht. Aber wenn ein Schwungrad verwendet wird, ist das potentielle Energie und je schwerer das Schwungrad ist, desto mehr Energie wird in der Drehung gespeichert. Aber wie bei einem Yoyo ist es keine 100%ige Rendite. Es hilft Ihnen jedoch den nächsten Hügel hinauf, wenn eine konstante Drehzahl beibehalten wird, bis sie benötigt wird. Sind Sie schon einmal einen Hügel hinuntergerollt und mussten erst auf halber Höhe des nächsten wieder in die Pedale treten? Ja, das ist es. Wenn Sie 120 Pfund wiegen und Ihr Fahrrad 10 Pfund wiegt, fügen Sie ein 60-Pfund-Schwungrad hinzu und Sie können das Schwungrad auf beispielsweise 1.000 U / min bringen, es wird Sie wahrscheinlich einen ziemlich großen Hügel hinauftragen. Lass uns diesen Typen Colin von YouTube dazu bringen, eine Vorrichtung zu bauen, um das herauszufinden. (Er baute Magnetschuhe, um an der Decke zu laufen)
Glen Gervais