Fizyka sportu - kolarstwo (odcinek 4)

Odcinek 4

Wróćmy jeszcze do wspomnianego już Mosera. Jego rekord świata w jeździe godzinnej wynosi 51,151 km, a uzyskany został w Meksyku na wysokości 2250 m npm. W październiku 1986 roku na torze Vigorelli w Mediolanie (122 m npm.) Moser pobił ten sam rekord w kategorii torów nizinnych wynikiem 49,802 km. Różnica wynika oczywiście ze zmiany gęstości powietrza, a tym samym oporu aerodynamicznego, wraz z wysokością. Używany przez Mosera rower o wadze 7,5 kg był w obu próbach taki sam.

W maju 1988 roku Moser podjął próbę pobicia ostatniego, brakującego mu do kompletu, rekordu świata w jeździe godzinnej, a mianowicie rekordu na torze krytym. I tym razem nie obyło się bez kolejnej niespodzianki i nowinki technicznej. Było nią olbrzymie tylne około o średnicy aż 101 cm i masie 3,2 kg. Jakich doszukano się zalet takiego rozwiązania? Otóż większe koło zapewnia rowerowi większą stabilność, a równocześnie zmniejsza współczynnik tarcia tocznego, który jest odwrotnie proporcjonalny do promienia (patrz wzór 12.8 w rozdziale "Sport samochodowy" i towarzyszący mu komentarz). Wzrost grubości koła wraz z jego rozmiarami nie zwiększa oporu aerodynamicznego, jako że powietrze "przecinane" jest i tak przez koło przednie. Zabójczym dla kolarza byłby niewątpliwie wiatr, ale właśnie dlatego próbę z gigantycznym kołem podjęto na torze krytym.

Rysunek 5.10 (11 KB) Próba się powiodła i Moser, uzyskując wynik 50,645 km, dodał trzeci już z kolei do swojej kolekcji rekordów w jeździe godzinnej. Sylwetka kolarza w trakcie próby przedstawiona jest na rys. 5.10.

Jak widać z powyższego przykładu, walka o sekundy i ułamki sekund to nie tylko kwestia kolarza i roweru. Skrupulatnie obliczono i sprawdzono, a wynika to również z podanych przez nas wzorów, że przy prędkościach sięgających 50 km/godz. osiąganych na gładkiej i płaskiej nawierzchni opór powietrza stanowi 90% całkowitej siły oporu, jaką musi pokonać kolarz. Opory tarcia w łożyskach i opór podłoża stanowią zaledwie 10%. Około 2/3 oporu aerodynamicznego pochodzi od samego kolarza. Dojrzano więc dodatkową szansę zyskania cennych sekund przez odpowiedni dobór kolarskiego stroju. Przed Olimpiadą w Los Angeles grupa naukowców amerykańskich, po przeprowadzeniu długich badań w tunelach aerodynamicznych, przygotowała ubiór kolarski pozwalający na 6% zmniejszenie oporu aerodynamicznego w stosunku do dostępnego w tym okresie sprzętu. W wyścigu na 4000 m oznacza to zysk w granicach 3 sekund. Strój ten stanowił wyposażenie amerykańskiej ekipy olimpijskiej. Na rysunku 5.11 widzimy Steve'a Hegga, zdobywcę złotego medalu, w takim właśnie stroju. Należy zwrócić uwagę na trzy elementy: bardzo obcisły i gładki ubiór, specjalny aerodynamiczny kask oraz buty o specjalnie dobranych opływowych kształtach.

Rysunek 5.11 (9 KB) Badania wykazały, że nawet jakikolwiek kask jest lepszy niż jego brak. Odkryte włosy, szczególnie długie, zwiększają znacznie opór powietrza. Liczą się nawet takie drobiazgi, jak przymocowana do ramy butelka z napojem. Przy prędkości dochodzącej do 50 km/godz. powoduje ona, na dystansie 4 km, stratę około 0,3 s.

W świetle dotychczasowych rozważań nietrudno uświadomić sobie, jak wielkie znaczenie, szczególnie przy dużych prędkościach, ma pozycja kolarza. Wspomnieliśmy już o karkołomnych wręcz prędkościach uzyskiwanych przy zjazdach. Opór aerodynamiczny jest wtedy praktycznie jedynym oporem ruchu i już niewielka zmiana w sylwetce kolarza może przynieść znaczne zyski lub straty. Łatwo się o tym przekonać wykonując prostą próbę z udziałem dwóch kolarzy na dwóch jednakowych rowerach. Otóż kolarz w optymalnej aerodynamicznie pozycji może, nawet nie pedałując, zjeżdżać szybciej niż mocno pedałujący obok kolega, który nieznacznie podniesie do góry głowę i barki. Właściwa pozycja na rowerze, ze względu na jej znaczenie w czasie jazdy, powinna zatem stanowić jeden z istotnych elementów treningu kolarza.

Rysunek 5.12 (9 KB) W przyjęciu najkorzystniejszej sylwetki można kolarzowi pomóc przez odpowiednie wyprofilowanie kierownicy. Ostatnim krzykiem mody na tym polu są amerykańskie kierownice, zaproponowane i wprowadzone przez triatlonistów. Zastosowała je między innymi ekipa amerykańska w drużynowej jeździe na czas na Mistrzostwach Świata w 1989 roku. Rysunek 5.12 pokazuje na czym ta nowość polega, a demonstruje ją sam mistrz świata w triatlonie Amerykanin Mark Allen. Oparcie wyciągniętych do przodu rąk nie tylko prowadzi do korzystniejszej aerodynamicznej sylwetki, ale stwarza również z dłoni jak gdyby ostrze nacierające i przebijające napotykaną ścianę powietrza. Niezależnie od tego ręce, podparte dodatkowo przy łokciach, mają większe możliwości odpoczynku. W tak morderczej konkurencji jak triatlon, każdą szansę ulżenia zawodnikowi w jego wielogodzinnym wysiłku należy wykorzystywać. I ta myśl leżała zapewne u podstaw narodzin kolejnej nowinki kolarskiej.

Dążenie do zmniejszenia oporu aerodynamicznego jest już od dawna istotnym elementem przy projektowaniu rowerów sportowych i wyścigowych. Istnieją jednak ograniczenia związane z rygorystycznymi przepisami Międzynarodowej Unii Kolarskiej formułujące warunki, jakie muszą spełniać rowery dopuszczane do zawodów i wyścigów. W 1938 roku zakazała ona stosowania wszelkich rozwiązań różniących się od rowerów tradycyjnych. Powodem była nowa konstrukcja rowerowa autorstwa Francuza Charlesa Mocheta zwana Velocarem. Velocar (rys. 5.13) był napędzany w znacznie wygodniejszej dla kolarza, prawie poziomej pozycji i pozwalał na uzyskiwanie większych prędkości. Zakaz z 1938 roku zatrzymał skutecznie i niestety na długo, bo aż na 40 lat, wszelki postęp w rozwoju konstrukcji rowerowych.

Rysunek 5.13 (12 KB)

Jeden z artykułów przepisów określających dopuszczalne dzisiaj konstrukcje stwierdza, że zezwala się na wszelkie rowery, jeśli tylko napędzane są siłą ludzkich mięśni, nie są dłuższe niż 2 m ani szersze niż 0,75 m oraz mają jedno siodełko i jeden napęd. Następnie wymienia się jednak szereg szczegółowych ustaleń, które, jak się okazuje, definiują właśnie standardowy rower wyścigowy. Ale, jak świat światem, jedni ustalają przepisy, a drudzy starają się jak najwygodniej dla siebie je interpretować. Dzięki temu, mimo ostrych kryteriów, udaje się przemycać pewne nowatorskie rozwiązania, jednak Międzynarodowa Unia Kolarska uznawana jest za jeden z najbardziej konserwatywnych związków sportowych. Złośliwi twierdzą, iż bardzo szczęśliwie się złożyło, że nie działała ona w latach osiemdziesiątych ubiegłego stulecia, kiedy to John Dunlop wynalazł opony. Inaczej groziłaby nam do dzisiaj jazda na sztywnych stalowych obręczach.

Bez żadnych ograniczeń rozwija się natomiast inna dziedzina konstrukcji rowerowych. Jednym z zasadniczych jej celów jest właśnie bicie rekordów prędkości. Określenie rowery może nie jest już w stosunku do tych konstrukcji najwłaściwsze i powszechnie nazywa się je pojazdami napędzanymi siłą ludzkich mięśni. Ich budowa wynika w zasadzie z prób spełnienia dwóch podstawowych warunków: uzyskania możliwie najlepszej sylwetki aerodynamicznej oraz zadbanie o napęd polegające na zapewnieniu pedałującemu jak najwygodniejszej pozycji, umożliwiającej oszczędne gospodarowanie jego energią. Okazuje się, że najwydajniej potrafimy pedałować w pozycji zbliżonej do poziomej. Dlatego też najszybsze rowery, rozbudowane właśnie w kierunku poziomym, przypominaj ą swoim wyglądem rakiety i pociski.

Rysunek 5.14 (10 KB)

Jednym z najszybszych takich pojazdów jest Vector Tandem przedstawiony schematycznie na rys. 5.14. Na początku lat osiemdziesiątych rozwinął on maksymalną (mierzoną na 200-metrowym odcinku) prędkość równą 101,2 km/godz. Nie jest to już jednak wynik rekordowy. W 1985 roku firma DuPont ufundowała nagrodę w wysokości 15 000 $ za przekroczenie prędkości 65 mil/godz. i już w rok później rekord został pobity. W próbie przeprowadzonej na wysokości 2400 m npm. Fred Markham uzyskał prędkość 105,36 km/godz. (65,48 mil/godz.). Ufundowanie nagrody stanowiło impuls do podjęcia walki, ale suma kosztów poniesionych w przygotowaniach do uzyskania rekordowego wyniku przekroczyła wielokrotnie wartość samej nagrody.

Uzyskiwanie rekordowych prędkości jest możliwe w jeszcze inny sposób, a mianowicie w jeździe za innym pojazdem, najczęściej motocyklem lub samochodem. Stworzone zostają w ten sposób dla kolarza wręcz komfortowe warunki jazdy. Strumień powietrza uderzający weń frontalnie przy normalnej jeździe, teraz opływa go z boku. Dzięki temu zredukowana zostaje siła hamująca, będąca wynikiem różnicy ciśnień powstającej między obszarami przed i za kolarzem (więcej szczegółów znajdzie czytelnik w rozdziale "Lekkoatletyka I - bieg i chód" przy opisie strumienia powietrza opływającego piłkę golfową).

Najlepszym dowodem na to, jak skuteczna jest taka samochodowa osłona kolarza może być rekord świata prędkości jazdy na rowerze, za specjalnie przygotowanym do tego celu samochodem. Ustanowiony on został w 1985 roku przez Johna Howarda i wynosi aż 243,65 km/godz. Rekordzista w czasie próby podjętej na dużej wysokości (zmniejszona gęstość powietrza) przedstawiony jest na rys. 5.15.

Rysunek 5.15 (7 KB)

Wszystkie dotychczasowe rozważania dotyczyły w zasadzie samotnych zmagań kolarza, kiedy to nawet odpowiedni kształt buta mógł zaważyć na końcowym wyniku. Nieco inaczej wygląda sytuacja przy jeździe w grupie. Schowanie się za plecami prowadzącego może zmniejszyć opór aerodynamiczny prawie dwukrotnie. Próby wykonane w tunelach aerodynamicznych wykazały, że przy minimalnej odległości między kolarzami, odpowiadającej stykaniu się prawie tylnego koła jednego roweru z przednim drugiego, opór aerodynamiczny stawiany drugiemu kolarzowi jest mniejszy o 44%. Przy zwiększeniu do 2 metrów odległości między kołami rowerów, drugi kolarz pokonuje opór zmniejszony o 27% w stosunku do oporu pokonywanego przez prowadzącego. Przy prędkościach rzędu 50 km/godz. siły oporu powietrza, jakie muszą pokonać kolarze, są bardzo duże. Stąd też pojedynczy kolarz nie ma na dłuższym odcinku praktycznie żadnych szans w walce z grupą współpracujących ze sobą zawodników.

Zasady aerodynamiki należy zatem umiejętnie wykorzystywać przy każdej, odpowiedniej ku temu okazji. Jedna z takich umiejętności polega na poszukiwaniu i zajmowaniu właściwej pozycji w peletonie. Na etapie trwającym kilka godzin może to przynieść odczuwalne oszczędności energii, nawet przy spacerowym tempie rozgrywania wyścigu.

Istnienie oporu aerodynamicznego stanowi też istotny element taktycznej rozgrywki na finiszach wyścigów i etapów. Długi, samotny finisz zapewniający zwycięstwo jest na ogół zbyt wyczerpujący nawet dla kolarskiego asa. Kolega lub koledzy z drużyny holują go więc "na kółku" i puszczają do samodzielnej walki dopiero na ostatnich metrach przed metą. Takie właśnie "rozprowadzanie" lidera przy finiszu z udziałem dużej grupy kolarzy obserwuje się bardzo często. .

Pokazaliśmy na kilku wybranych przykładach, w jaki sposób różne elementy kolarskiej sztuki, począwszy od taktyki jazdy, a skończywszy na samym sprzęcie, związane są z występowaniem oporu aerodynamicznego.

Walka o rekordy przyniesie niebawem kolejne modyfikacje dotyczące tak roweru, jak i kolarza. Patrząc na pierwsze welocypedy z ubiegłego wieku wraz z eleganckimi panami w stylu retro na siodełkach, nie tak łatwo dojrzeć w nich pierwowzory dzisiejszych bolidów bijących rekordy szybkości. A cóż dopiero powiedzieliby ci eleganccy panowie, gdyby zobaczyli dzisiejsze wymysły.

Wprowadzenie | Poprzedni odcinek

17.06.00 01:07