|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
개인 운송: 지상, 해상, 항공
자전거의 효율성에 대해. 개인 수송
자전거의 효율성은 생물학적으로나 기계적으로 매우 높습니다. 연구진은 주어진 거리를 이동하기 위해 사람이 소비해야 하는 에너지의 양 측면에서 자전거가 가장 효율적인 자체 추진 차량이라고 계산했습니다. 기계적인 관점에서 보면 최대 99%의 에너지가 페달에서 바퀴로 전달되지만, 기어 변속 메커니즘을 사용하면 이 양을 10~15%까지 줄일 수 있습니다. 자전거가 전체 중량에 비해 운반할 수 있는 탑재량 측면에서도 자전거는 화물을 운송하는 가장 효율적인 수단이기도 합니다. 에너지 효율 자전거를 저속~중속(16~24km/h)으로 타는 사람은 걷는 것과 동일한 양의 전력을 사용하므로 자전거는 대중이 이용할 수 있는 가장 에너지 효율적인 교통 수단입니다. 대략 속도의 제곱에 비례하여 증가하는 공기역학적 항력은 속도에 비해 더 높은 전력을 필요로 합니다. 그 이유는 자전거의 속도가 증가함에 따라 필요한 전력이 1차 관계로 증가한다는 사실 때문입니다. 전력은 속도 시간과 동일하기 때문입니다. 힘: P = F * v(그림 XNUMX). 라이더가 누운 자세로 있는 자전거를 리그라드(또는 리컴번트라고도 함)라고 하며, 자전거에 매우 낮은 공기역학적 항력을 달성하는 데 사용되는 공기역학적 페어링이 있는 경우 이를 스트림라이너라고 합니다. 필요한 동력 대 자전거 속도의 도표
단단하고 평평한 표면에서 70kg의 사람이 30km/h의 속도로 이동하려면 약 5와트의 에너지가 필요합니다. 자전거를 탄 같은 사람이 같은 표면에 있고 같은 힘을 소비하면 평균 15km/h의 속도로 이동할 수 있으므로 kcal/(kg*km) 단위의 에너지 소비는 약 XNUMX배 더 적습니다. 다음 숫자가 일반적으로 사용됩니다. 사이클링을위한 1.62 kJ / (km * kg) 걷기 / 달리기를위한 3.78 kJ / (km * kg) 수영을위한 16.96 kJ / (km * kg). 레크리에이션 사이클리스트는 일반적으로 한 시간 이상 동안 3W/kg(예: 210kg 라이더의 경우 약 70W)을 생성할 수 있고, 최고 아마추어는 비슷한 시간 동안 5W/kg에 도달할 수 있으며, 엘리트 운동선수는 비슷한 시간 동안 6W/kg에 도달할 수 있습니다. 엘리트 스프린트 트랙 사이클리스트는 잠시 동안 약 2000와트 또는 25W/kg 이상의 최대 전력 수준에 도달할 수 있습니다. 엘리트 로드 사이클리스트는 1600시간 로드 레이스가 끝나면 결승선을 즉시 통과할 수 있도록 1700W~XNUMXW의 최대 출력을 잠시 제공할 수 있습니다. 적당한 속도로 이동할 때에도 대부분의 에너지는 공기역학적 항력을 극복하는 데 사용되며 이는 속도의 제곱에 따라 증가합니다. 따라서 공기 저항을 극복하는 데 필요한 힘은 속도의 세제곱에 비례하여 증가합니다. 일반적인 사이클링 속도 자전거의 일반적인 속도는 15~30km/h입니다. 빠른 경주용 자전거의 경우 일반 라이더는 짧은 시간 동안 평평한 표면에서 50km/h의 속도로 주행할 수 있습니다. 평온한 날씨에 외부의 도움 없이(즉, 차량 앞에 자동차나 오토바이가 움직이지 않은 상태에서) 평지에서 움직이는 동안 근력으로 구동되는 차량에 대해 공식적으로 기록된 최고 속도는 133,284km/h였습니다. 이 기록은 2009년 바르나에서 Sam Whittingham이 세웠습니다. 1989년 미국 횡단 경주(Race Across America) 동안 근육 동력 차량 그룹이 단 6일 만에 미국을 횡단했습니다. 라이더가 정상 자세로 자전거를 탈 때 공식적으로 기록된 최고 속도는 82,52m 이상의 거리에서 200km/h였습니다. 이 기록은 1986년 밴쿠버에서 열린 제7회 근육 구동 차량에 관한 국제 과학 심포지엄에서 Jim Glover가 Multon AMXNUMX 자전거를 타고 세웠습니다. 무게 대 힘 현대적인 재료와 부품을 사용하여 경주용 자전거의 무게를 줄이는 것이 목표인 주요 대회가 열렸습니다. 또한 최신 휠에는 저마찰 베어링과 항력을 줄이기 위한 기타 기능이 있지만, 실시된 테스트에서 이러한 구성 요소는 평평한 도로를 주행하는 동안 자전거 성능에 거의 영향을 미치지 않았습니다. 예를 들어, 자전거의 무게를 0,45kg 줄이는 것은 평평한 도로에서 40km의 타임 트라이얼에서 공기 역학적 표면적이 연필 크기인 돌출 부분을 제거하는 것과 동일한 효과를 갖습니다. 또한, 국제자전거연맹(International Cycling Union)은 너무 얇아서 사용하기에 안전하지 않은 자전거의 생산을 막기 위해 경주에 참가할 수 있는 자전거의 최소 무게에 제한을 두고 있습니다. 이러한 이유로 최신 자전거 모델을 개발할 때 공기역학적 모양의 파이프와 바퀴의 평평한 스포크를 사용하고 라이더의 몸통과 손의 위치가 공기역학적으로 최소화되도록 핸들바를 사용하여 공기역학적 항력을 줄이는 데 모든 노력을 기울였습니다. 견인. 이러한 변경 사항은 성과에 큰 영향을 미쳐 과정을 완료하는 데 걸리는 시간을 단축할 수 있습니다. 무게가 가벼워지면 언덕이 많은 지형에서 오르막길을 라이딩할 때 시간이 크게 절약됩니다. 물레의 운동 에너지 회전하지 않는 질량과 비교하여 회전 에너지의 효과를 조사하기 위해 자전거의 운동 에너지와 "회전 질량"을 살펴보겠습니다. 병진 운동에서 물체의 운동 에너지는 공식에 의해 결정됩니다. E=0.5mv2 여기서 E는 에너지(줄), m은 질량(킬로그램), v는 속도(m/초)입니다. 회전하는 질량(예: 바퀴)의 경우 회전 운동 에너지는 다음과 같이 정의됩니다. E=0.5IΩ2 I는 관성 모멘트이고, Ω는 초당 라디안 단위의 각속도입니다. 모든 질량이 바깥쪽 가장자리에 있는 바퀴의 경우(자전거 바퀴에 대해 이 근사치를 사용함) 관성 모멘트는 다음과 같습니다. 나는=0.5mr2 여기서 r은 반경(미터)입니다. 각속도는 타이어의 전진 속도 및 반경과 관련이 있습니다. 미끄러짐이 없으면 각속도는 다음 공식에 의해 결정됩니다. Ω=v/T 회전하는 질량이 도로를 따라 이동할 때 총 운동 에너지는 병진 운동과 회전 운동의 운동 에너지의 합과 같습니다. E=0.5mv2 + 0.5IΩ2 I와 ω를 이전 식에 대입하면 다음을 얻습니다. E=0.5mv2 +0.5mr2 *v2/r2 항 r2는 상쇄되고 결과적으로 다음 식을 얻습니다. E=0.5mv2 +0.5mv2 = 뮤직비디오2 즉, 회전하는 바퀴 질량의 운동 에너지는 자전거의 정지 질량 에너지의 두 배입니다. "바퀴 무게가 2파운드 줄어든 것은 프레임 무게가 XNUMX파운드 줄어든 것과 같습니다."라는 옛말에는 어느 정도 진실이 있습니다. 물론 이 모든 것은 얇은 고리가 자전거 바퀴에 얼마나 가까운지에 달려 있습니다. 실제로 모든 질량이 휠 림에 집중될 수는 없습니다. 비교를 위해, 다른 극단은 질량이 전체 디스크에 고르게 분포된 바퀴입니다. 이 경우 I = 0.5mr2, 따라서 총 결과 운동 에너지는 E = 0.5mv와 같습니다.2 +0.25mv2 = 0.75mV2. 바퀴의 무게를 1,5kg 줄이는 것은 자전거 프레임의 무게를 XNUMXkg 줄이는 것과 같습니다. 대부분의 실제 자전거 바퀴는 이 두 극단 사이 어딘가에 있을 것입니다. 이 방정식의 또 다른 흥미로운 결론은 움직일 때 미끄러지지 않는 자전거 바퀴의 경우 운동 에너지가 반경에 의존하지 않는다는 것입니다. 즉, 650mm 휠의 장점은 흔히 주장되는 것처럼 직경이 작기 때문이 아니라 무게가 가볍다는 것입니다. 자전거의 다른 회전 질량에 대한 운동 에너지는 바퀴의 운동 에너지에 비해 매우 작습니다. 예를 들어, 바퀴 속도의 약 1/5로 페달을 밟으면 운동 에너지는 바퀴 에너지의 약 1/25(단위 중량당)이 됩니다. 질량 중심이 더 작은 반경을 따라 이동하기 때문에 에너지가 훨씬 더 감소합니다. 킬로칼로리로 변환 회전하는 바퀴는 림과 타이어의 질량과 스포크 질량의 또 다른 2/3의 합으로 생각할 수 있으며 모두 림/타이어 중심에 있습니다. 82km/h의 8kg 자전거(총 중량 90kg)를 탄 40kg의 자전거 타는 사람의 운동 에너지는 자전거 타는 사람의 5625줄에 회전 바퀴의 94줄을 더한 것입니다(1,5kg은 림, 타이어 및 스포크의 총 무게). . 줄을 킬로칼로리로 변환하면(이렇게 하려면 줄에 0,0002389를 곱해야 함) 1,4Kcal을 얻습니다(음식 칼로리). 이 1,4kcal은 정지 상태에서 자전거를 가속하는 데 필요한 에너지이며, 제동 시 열로 방출되어 완전히 정지하는 데 필요한 에너지입니다. 이 1,4킬로칼로리는 물 1kg을 섭씨 1,4도까지 가열하는 데 충분합니다. 알루미늄의 열용량은 물의 열용량의 21%이기 때문에 이 에너지량은 급정지 시 알루미늄 합금으로 만든 800g 바퀴를 8℃ 가열하는데 충분한 에너지다. 평탄한 도로에서 정차할 때 림은 별로 뜨거워지지 않습니다. 자전거 타는 사람의 에너지 소비량을 계산하기 위해 효율을 24%로 가정하여 자전거와 라이더를 5,8km/h의 속도로 가속하는 데 필요한 에너지는 40kcal이며, 이는 주행에 필요한 에너지의 약 0,5%가 소요됩니다. 40km/h의 속도로 15시간 동안 h. 이러한 에너지 소비는 초당 약 0,4kcal의 비율로 40초에 걸쳐 발생하며, 0,3km/h로 꾸준히 주행하려면 초당 XNUMXkcal이 필요합니다. 가벼운 바퀴의 장점 운동 에너지에 비해 가벼운 자전거, 특히 가벼운 바퀴의 장점은 운동 에너지가 자전거의 속도가 변할 때만 영향을 미치기 시작한다는 것입니다. 따라서 가벼운 바퀴가 이점을 제공하는 두 가지 경우가 있습니다: 질주할 때와 협상할 때입니다. 급회전 기준에 따르면. 250m 거리를 질주하고 36~47km/h의 속도로 이동하며 자전거와 운동선수의 체중이 90kg이고 바퀴 무게(림, 타이어, 스포크)가 1,75kg 더 추가되면 운동 에너지가 증가합니다. 6360줄(6,4kcal). 림, 타이어 및 스포크의 총 중량을 500g 줄이면 이 운동 에너지는 35J(1kcal = 1,163와트시)만큼 감소합니다. 이러한 중량 감소가 속도나 이동 거리에 미치는 영향은 계산하기가 매우 어려우며, 선수가 생성하는 힘과 스프린트 거리의 길이에 대한 지식이 필요합니다. 계산에 따르면 바퀴의 무게를 500g 줄이면 단거리 선수는 0,16초의 시간 이득, 188cm의 이동 거리 이득을 얻을 수 있으며, 바퀴를 공기 역학적으로 만들면 이득은 0,05km/h가 됩니다. 40km/h의 속도에서는 휠의 공기역학적 형태로 얻는 이점에 비해 무게 감소로 인한 이점은 무시할 수 있습니다. 비교를 위해 최고의 공기 역학적 자전거 바퀴는 0,6km/h에서 약 40km/h의 이득을 제공하므로 스프린트에서는 무게가 500g 이하인 공기 역학적 바퀴 세트를 사용할 가치가 있습니다. 기준(그룹 서킷 경주)에서 드라이버는 코너를 돌 때마다 급격하게 가속하는 경우가 많습니다. 자전거 운전자가 각 회전 전에 브레이크를 밟아야 하는 경우(감속을 위해 타력 주행하는 대신) 각 가속 중에 추가된 운동 에너지는 제동 중에 열로 손실됩니다. 평평한 지형에서 40km/h의 속도로 주행하고 랩 길이가 1km이고 각 랩이 4턴인 기준 경주에서 각 턴의 속도 손실은 10km/h입니다. 경주 기간은 80시간이고, 라이더의 체중은 6.5kg, 자전거는 1.75kg, 림, 디스크 및 스포크의 무게는 160kg입니다. 이 경주에서는 387턴을 극복해야 합니다. 동일한 거리를 일정한 속도로 운전하는 데 필요한 1100kcal에 500kcal이 추가로 필요합니다. 바퀴 무게를 4,4g 줄이면 신체 전체 에너지 소비가 500kcal 줄어듭니다. 바퀴에 0,3g의 무게를 추가하면 공기역학적 항력이 0,03% 감소(40km/h로 주행할 때 속도가 XNUMXkm/h 증가)하면 추가 무게를 보상하기 위해 소비되는 칼로리가 상쇄됩니다. 공기역학적 저항을 감소시킴으로써 가벼운 바퀴가 큰 장점이 될 수 있는 또 다른 장소는 오르막길을 탈 때입니다. "이 바퀴에 0,5~1km/h의 속도가 추가되었습니다" 등과 같은 표현도 들을 수 있습니다. 출력 계산 공식에 따르면 450g의 무게를 줄이면 속도가 0,1km/h 증가합니다. 4° 상승하여 오르막길을 주행하면 1,8kg의 체중이 절약되어도 경량 선수의 경우 속도 증가 효과는 0,4km/h에 불과합니다. 그렇다면 휠 무게를 줄이는 데 따른 중요한 이점은 무엇입니까? 어떤 사람들은 절약이 아니라 "플라시보 효과"라고 제안합니다. 또한 오르막길을 주행할 때 각 페달 스트로크에 따른 속도 변화가 얻을 수 있는 이점을 설명하는 것으로 제안되었습니다. 그러나 속도 변경 중에는 에너지가 보존됩니다. 페달을 밟는 단계에서는 자전거가 약간 가속되고 운동 에너지는 축적되며, "데드 존"에서는 페달이 스트로크의 최고점을 통과하는 동안 자전거 속도가 느려지므로 운동 에너지가 에너지가 회복됩니다. 따라서 회전 질량을 증가시키면 자전거 속도 변화의 변화가 다소 줄어들 수 있지만 추가 에너지 필요성이 증가하지는 않습니다. 가벼운 자전거는 오르기 더 쉽지만 "회전 질량"의 효과는 빠른 가속 중에만 문제가 되며, 그 경우에도 작습니다. 설명 일반적으로 경량 부품, 특히 경량 휠의 널리 주장되는 이점에 대한 가능한 기술적 설명은 다음과 같습니다. 1. 오르막이 많은 경주에서는 가벼운 무게가 승리합니다. 무거운 자전거는 내리막길이나 평지 주행 시 에너지 손실을 보상할 수 없기 때문입니다. 가벼운 자전거를 탄 라이더는 단순히 관성으로 주행합니다. 또한 두 명의 동일한 사이클리스트가 무거운 자전거와 가벼운 자전거를 타고 결승선에 오른 후 동시에 최저점에 도달하면 모든 이점은 가벼운 자전거에 돌아갑니다. 언덕이 많은 타임 트라이얼(또는 솔로 라이딩)에서는 그렇지 않습니다. 더 무겁지만 더 공기 역학적인 휠의 장점이 오르막에서 손실된 거리를 쉽게 보상합니다. 2. 가벼운 무게의 자전거는 가속이 더 쉽기 때문에 단거리 경주에서 승리합니다. 그러나 더 무거운 공기 역학적 바퀴는 속도를 높일 때 상당한 이점을 제공하며 경주의 대부분에서 단거리 선수는 약간 가속하지만 대부분 공기 역학적 항력을 극복하는 데 모든 노력을 기울입니다. 많은 스프린트 상황에서 더 무겁지만 공기 역학적인 휠이 승리하는 데 도움이 될 수 있습니다. 3. 가벼운 무게는 각 코너 이후 지속적인 가속으로 인해 기준에 유리합니다. 더 무겁지만 더 공기 역학적인 휠은 라이더가 대부분의 시간 동안 그룹에 속해 있기 때문에 약간의 이점을 제공합니다. 경량 휠로 인한 에너지 절약은 미미하지만, 페달을 밟을 때마다 다리 근육이 추가적인 노력을 해야 하기 때문에 훨씬 더 클 수 있습니다. 경량 효과에 대한 두 가지 "비기술적인" 설명이 있습니다. 첫째, 플라시보 효과가 있다. 자전거 타는 사람은 자신이 더 나은(가벼운) 자전거를 타고 있다고 느끼기 때문에 더 세게 페달을 밟아 더 빠르게 달립니다. 두 번째 비기술적 설명은 자전거 운전자의 경험에 대한 희망의 승리입니다. 자전거의 무게가 가벼워서 속도가 미미하게 증가하지만 자전거 운전자는 자신이 더 빨리 가고 있다고 생각합니다. 때로는 자전거 타는 사람이 오래된 자전거로 언덕을 오르는 데 01시간이 걸렸지만 새 자전거로 50시 XNUMX분에 완주한 경우와 같이 실제 데이터가 부족하기 때문에 발생하는 경우도 있습니다. 이 두 번의 오르막 동안 자전거에 대한 자전거 운전자의 적합성, 날씨가 덥거나 바람이 불는지 여부, 바람이 부는 방향, 라이더의 기분 등의 요소는 고려되지 않습니다. 물론 또 다른 설명은 체중 감량 촉진과 관련된 마케팅 이점일 수 있습니다. 결국, "근육 에너지 소비 증가" 주장은 빠른 가속이 필요한 상황에서 경량 휠이 주장하는 이점을 뒷받침할 수 있는 유일한 주장입니다. 이 주장은 사이클리스트가 이미 각 스트로크 또는 페달 스트로크에서 노력의 한계에 도달한 경우 추가 중량을 보상하는 데 필요한 소량의 추가 전력이 상당한 생리학적 부하를 나타낼 것이라고 주장합니다. 이 진술이 사실인지는 확실하지 않지만, 이는 바퀴의 무게를 줄이는 것(자전거의 나머지 부분의 무게를 줄이는 것과 비교하여)으로 주장되는 이점에 대한 유일한 설명입니다. 이러한 가속의 경우 바퀴가 XNUMXkg 가벼워지거나 자전거와 선수의 무게가 XNUMXkg 가벼워지는 것은 아무런 차이가 없습니다. 경량 휠의 경이로움(자전거의 다른 부분의 무게 감소와 비교하여)은 찾아보기 어렵습니다.
광신호를 제어하고 조작하는 새로운 방법
05.05.2024 프리미엄 세네카 키보드
05.05.2024 세계 최고 높이 천문대 개관
04.05.2024
▪ 가습기 정수기
▪ 기사 Ivanov-Thirteenth 후방 제독의 성이 어떻게 나타 났습니까? 자세한 답변 ▪ 기사 220V로만 구동되는 자동 충전기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
홈페이지 | 도서관 | 조항 | 사이트 맵 | 사이트 리뷰
www.diagram.com.ua |
흥미로운 기사를 추천합니다 섹션 
다른 기사 보기 섹션 
과학 기술의 최신 뉴스, 새로운 전자 제품:
이 페이지의 모든 언어