Nojapyöräfoorumi

Ajttelin ruveta keräämään tänne hieman kättä pitempää keskustelujen pohjaksi. Jos kiinnostusta ilmenee laitan lisää viisasteluja tai jopa mittauksia, jos löydän aikoinaan tekemäni hitausmomentinmittauslaitteen.

Pyörien hitausmomenteista

Pyörivien osien hitausmomentit ottavat osansa kiihdyttävästä tehosta ja hidastavat kiihdytystä.
Hitausmomentti ei kuitenkaan hukkaa kiihdytys energiaa, vaan ainoastaan varastoi sen myöhempää käyttöä varten. Polkemisen hyydyttyä tai nopeuden muuten hidastuessa hitausmomentti palauttaa lainaamansa energian työntämällä rungolle lisää vauhtia. Hitausmomentti ei hukkaa eikä lisää energiaa, eikä pyörä ei siis kulje sen kevyemmin vaikka sen hitausmomentti olisi nolla.

Polkupyörän pyörien hitausomentit on helppo arvioida. Pyörien massa on käytännössä keskittynyt niiden ulkokehälle ja ulkokehän nopeus on sama kuin ajoneuvon nopeus. (Tämä oletus antaa jonkin verran liian suuria hitausarvoja, mutta on toisaalta äärettömän helppo laskea. Viisastellaan myöhemmin, jos ilmenee tarvetta)

Vierivät pyörät lasketaan hitausmomenttimielessä kiihdytettäviksi kahteen kertaan. Ensin kiekkojen massat kiihtyvät rungon mukana tien suuntaan mutta pyörimättä. Tilanne on tavallaan sama, kuin jos fillaria kiihdytettäisiin molemmat pyörät lukossa.
Kiekot ovat siis mukana kokonaispainossa. Sen lisäksi samat pyörät vielä lähtevät pyörimään ja vastustavat tätä yritystä.

Oletuksella:"Kiekkojen paino keskittyy vierintäkehälle" , voidaan pyörien hitausmomenttien vaikutus arvioida punnitsemalla fillari pyörineen ja lisäämällä siihen vielä etu- ja takapyörien painot tavallaan toiseen kertaan. Tulos on vertailumassa, jonka kiihtyminen voidaan sitten laskea ilman hitausmomentteja.

Esim.
Jos fillari painaa 13 kg, josta pyörien paino on kolme kiloa, tulee siis 13 kg + 3 kg = 16 kg. Tuo kolme kiloa on vähän laisesti kahdelle kiekolle, mutta napojen painoa ei ole soveliasta tähän laskea. Ehkä edellistä parempi nyrkkisääntö olisi: fillarin kiihdytystä hidastaa hituausmassa, jonka suuruus on fillarin paino + 2 x etupyörän paino. Ei se tarkkaan ottaen ihan näikään paljon ole, mutta riittävällä tarkkuudella kuitenkin.

Lihasvoimalla kiihtyvissä systeemeissä pitää kuitenkin muistaa. että hitausmomentin tuottama "lisämassa" on todella lisämassaa, eikä sitä voi rinnastaa pyöräilijän massaan. Jos voisi, satasen loppukilpailuissa olisi saman näköisiä kavereita kuin maratonillakin.

Jori

Koska olen noviisi niin voin kysyä tyhmiä?

Mihin se energia varastoituu?
Ajattelen lähinnä sitä että onko merkitystä sillä on pyörän runko lerppuva ja löysä (mun azub) vai jämäkkä ultrahieno kisarassi (ominaisuudet 5 tähteä luokassa: unfuckingbelievablejesusmainlord&hardas10kspammails).

Pastori kirjoitti:

Koska olen noviisi niin voin kysyä tyhmiä?

Mihin se energia varastoituu?
Ajattelen lähinnä sitä että onko merkitystä sillä on pyörän runko lerppuva ja löysä (mun azub) vai jämäkkä ultrahieno kisarassi (ominaisuudet 5 tähteä luokassa: unfuckingbelievablejesusmainlord&hardas10kspammails).

Ainakin tarkoitus on varastoida sitä nopeusenergiaksi, mutta lerppuva, tai muuten värähtelevä rakenne varastoi energiaa myös kimmoenergiaksi. Värähtelyn kimmoenergiaa ei kuitenkaan saa tavallisin konstein enää talteen vaan se menee viimein kitkalämmöksi.

Jatketaan vielä tuohon varsinaiseen kysymykseen. Kaikki liikkeelle saatettu massa on kiihdytettäessä imenyt itseensä energiaa, sitä enemmän mitä nopeampi on vauhti. Ämveetoiseenperkaksi. Se vee on tuossa se vauhti ja kun on oikeen toisessa potenssissa, niin sitä energiaa menee siihen nopeuseroa kohti sitä enemmän, mitä ylempää lähdetään.
Hyvä esimerkki on autoilusta. Paikaltaan lähtiessä ykköseltä kakkoselle täytyy vaihtaa melkein heti, mutta vitoselta kutoselle vie samalla kaasulla paljon pitempään. Yksittäisillä massoilla, kuten vaikka renkailla tässä tapauksessa voi kiihdytysenergiaa olla sitomassa useampikin liike. Tässä tapauksessa liike maata pitkin ja toisena pyöriminen. Molemmat sitovat energioitaan toisistaan riippumatta.

Jori

tähän sellainen amatööri kysymys ammattilaisille.
kuinka paljon polkemisen tarvetta ilmenee tuossa omassa "kinneri" projektissa nuista 2 "ylimääräisestä" pyörästä.
ja onko mahdollista ettö tuolla madantuneella istuinkorkeudella saataisiin tuota lisävastuksen tuomaa työtä kompensoitua?

lähinnä sitä että onko se nyt sitten vähintäänkin tuplaten raskaampi ajettava kuin normaali polkupyörä?

toiseksi renkaisiin liittyvä kysymys, kuinka leveän renkaan pitäisi 2pyöräisessä olla jotta se ei uppoaisi heti lumeen?

meinaan kun muutamana päivänä täällä on taas satanut tuota lunta ja autot on siitä ajanut ja tampannut niin silti renkaat tahtovat upota sinne sekaan ja sitten luiruaa...

Mustasudenkorento kirjoitti:

kuinka paljon polkemisen tarvetta ilmenee tuossa omassa "kinneri" projektissa nuista 2 "ylimääräisestä" pyörästä.
ja onko mahdollista ettö tuolla madantuneella istuinkorkeudella saataisiin tuota lisävastuksen tuomaa työtä kompensoitua?

Hitausmomenttia niillä on kahden pyörän varran, ja se vastaa kiihdytettäessä ehkä noin 4% kokonaistehosta. (4kg/100kg)

Mustasudenkorento kirjoitti:

lähinnä sitä että onko se nyt sitten vähintäänkin tuplaten raskaampi ajettava kuin normaali polkupyörä?

Siihen ajamisen raskauteen vaikuttaa paino ja ilmanvastus ei hitausmomentti.
Siirsin viimeisen kysymyksen talvipyöräily osiolle

Jori

Voisitko Jori listata hiukan pyöräilyn mekaniikkaan ja dynamikkaan liittyvää hyvää kirjallisuutta? Ihan esimerkiksi rungon rakentamiseen liittyviä asioita ja ilmiöitä (esim ohjausgeometriaan ja jousitukseen liittyen) ja sitten näitä vastus-asiota ja muutakin aiheeseen liittyvää. Hyvää kaiken kokoavaa teosta ei tietenkään varmasti ole olemassa, mutta jos edes sitten koottuna useasta lähteestä? Toki muutkin voi listata jos tietoa on. Itseäni kuitenkin kiinnostaa myös se fysiikka pyöräilyn takana, vaikka se ei näytä kaikkia kiinostavankaan

David Gordon Wilsonin Bicycling Science (ISBN 0-262-73154-1) on kyllä aika hyvä kokoelma perusteita sekä fillarien fysiikan että asiaanliittyvän biomekaniikan puolelta. Kirjan lähdeviitteet sitten osoittavat varmaan kaikkeen mahdolliseen asiasta tehtyyn tutkimukseen.

Teemu Kalvas kirjoitti:

David Gordon Wilsonin Bicycling Science (ISBN 0-262-73154-1) on kyllä aika hyvä kokoelma perusteita sekä fillarien fysiikan että asiaanliittyvän biomekaniikan puolelta. Kirjan lähdeviitteet sitten osoittavat varmaan kaikkeen mahdolliseen asiasta tehtyyn tutkimukseen.

Kiitos Teemu. Tuota opusta olen muidenkin kuullut kehuvan.
Minulla ei ole esittää mitään lähdeteosta, kun en ole itsekään sellaisia lukenut. Omat oppini ovat polkupyöriin sovellettua fysiikan ja mekaniikan perusteita googlettamalla ja wikisemällä ryyditettynä.

Jori