Комментарии к дневнику

Оценить примерно суммарную силу трения качения колёс велосипеда и её мощность с учётом реальной весовой нагрузки и типа покрытия можно следующим образом. Велосипедист садится на велосипед, установленный на горизонтальной поверхности, экспериментатор постепенно увеличивает усилие на расположенные параллельно ей ручные весы, прикреплённые одной стороной к велосипеду, и после начала движения снимает показания (кг),- для получения величины силы трения качения их нужно умножить на ускорение свободного падения, а мощности,- ещё и на предполагаемую скорость движения (м/с).

Сообщение от Pranevich Ihar

Похожий эффект наблюдается и при увеличении жёсткости элементов верхнего строения железнодорожного пути, аннотация научной статьи в журнале "Трение и износ": https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47311432.

Суть процессов трения качения в различных условиях подобна, независимо от того, колесо деформируется или поверхность дороги, по которой оно катится; пневматическая или иная шина используется, либо вовсе её нет.

Сообщение от Pranevich Ihar

Сила трения качения практически не зависит от диаметра колеса, при близких иных условиях, в случае качения по ровной твёрдой поверхности

Следует отметить, что коэффициент трения качения колеса меньшего диаметра сокращается.

Сообщение от Pranevich Ihar

Малого диаметра нормально собранное колесо по сравнению с большим при схожих профилях ободьев, внутреннем и внешнем, ширине, типе шин, давлении воздуха в них, жёстче, и, следовательно, на ровном твёрдом покрытии имеет меньшее значение коэффициента трения качения. В подшипниках втулки несколько увеличаться потери энергии за счёт возросшей угловой скорости, но их сокращение в системе "колесо- дорога" будет более существенным.

Именно жёсткость шины с воздухом качественно оценивается пальцами при её прощупывании.

Сообщение от Pranevich Ihar

Перепроверил в очередной раз жёсткость покрышек, при давлении воздуха в них 6,5 атм, разных колёс. По ощущениям, в порядке уменьшения жёсткости:
- шина 20-622, обод 622-15;
- шина 20-622, обод 622-14;
- шина 20-622, обод 622-13;
- шина 28-622, обод 622-19.
Другая серия:
- шина 35-406, обод 406-23;
- шина 35-406, обод 406-15;
- шина 44-406, обод 406-15.

С ростом скорости движения, при других схожих условиях, коэффициент трения качения увеличивается, скольжения- уменьшается.

При сокращении площади поверхности соприкосновения шины с дорогой, в иных похожих условиях, коэффициент трения качения уменьшается, а скольжения увеличивается.

Низкая посадка, кроме минимизации лобового сопротивления велосипедиста, способствует уменьшению суммарного трения качения колёс велосипеда из-за приходящейся на них более равномерной весовой нагрузки.

Сообщение от Pranevich Ihar

Для снижения потерь энергии движения необходимо повышать жёсткость системы "шина- воздух"

Похожий эффект наблюдается и при увеличении жёсткости элементов верхнего строения железнодорожного пути, аннотация научной статьи в журнале "Трение и износ": https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47311432.

Сообщение от Pranevich Ihar

Зависимости мощности силы трения качения колеса от скорости, нагружающей массы представляют собой кубические функции.

Подобное влияние скорости, весовой нагрузки на мощность сил трения качения наблюдается и в системе "колесо- железнодорожное полотно", краткое описание соответствующей статьи в международном научном журнале "Трение и износ" приведено здесь: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47311432.

Форма шины изменяется под действием весовой нагрузки на колесо, даже относительно небольшой, что, как правило, приводит к некоторому уменьшению жёсткости и увеличению коэффициента трения качения.

Сообщение от Pranevich Ihar

Нежёсткое колесо при качении по ровной твёрдой поверхности как бы спотыкается само о себя,- вначале деформируется находящаяся в данный момент времени вблизи области контакта с дорогой его часть, затем происходит поступательное движение оси.

Следует ещё учитывать и то, что в месте поверхности контакта шины с дорогой имеется скольжение.

Сообщение от Pranevich Ihar

При деформации покрышки возникает сила трения скольжения в перпендикулярном движению направлении, величина которой на мокром асфальте уменьшается.

Здесь ...

Сообщение от lookout

см. https://www.bicyclerollingresistance.com/

В общем-то, ...

Сообщение от Pranevich Ihar

Сопротивление качению колеса не только шиной определяется, а зависит также как от его самого, так и приходящейся на него весовой нагрузки.

А на каком сайте или ютуб канале можно посмотреть характеристики различных покрышек по критерию накатистости ?

Степень отдачи преодоления расстояния s со скоростью v за время t=s/v велосипедистом может быть оценена как отношение кинетической энергии к сумме таковой с работой сил сопротивления движению, качению и лобового, η=E(k)/(E(k)+F(c)·s). Преобразуя это выражение, получается η=M·v·v/(M·v·v+2·F(c)·s), или η=1/(1+(2·t·F(c))/(M·v)). Таким образом, повысить эффективность передвижения на велосипеде можно путём понижения величины сил сопротивления, сокращения времени преодоления дистанции за счёт увеличения скорости. Что же касается увеличения массы M системы, то происходит уменьшение влияния силы лобового сопротивления, но возрастает коэффициент трения качения.

Нежёсткое колесо при качении по ровной твёрдой поверхности как бы спотыкается само о себя,- вначале деформируется находящаяся в данный момент времени вблизи области контакта с дорогой его часть, затем происходит поступательное движение оси.

Жёсткие колёса велосипеда во время его движения по хорошей дороге с небольшими неровностями способствуют уменьшению дребезга неплотно установленной в закреплённый на подседельной трубе рамы держатель фляги с жидкостью. Цилиндрической формы ёмкость вращается вокруг своей оси симметрии с совсем небольшой угловой скоростью против часовой стрелки, если смотреть сверху.

В случае движения по ровной твёрдой поверхности отнесённый к радиусу колеса коэффициент трения качения μ=(1+a·v·v)·b, где величины a и b определяются весовой нагрузкой на колесо, его жёсткостью. Если слагаемое (a·v·v) намного меньше единицы в каком-то диапазоне скоростей, то значение коэффициента трения качения при данных условиях будет практически постоянным, и наоборот. К примеру, a·v(1)·v(1)=0,1; v(2)=2·v(1); a·v(2)·v(2)=0,4: коэффициент трения качения увеличится в 1,273 раза, или на 27,3 %.

Предположим, что скорость ветра вдоль дороги v(в), скорость велосипеда относительно системы отсчёта, связанной с Землёй, при движении против него v(з1), по v(з2) (n(з)=v(з2)/v(з1)), с ветром, соответственно, v(з1)+v(в) и v(з2)-v(в) (n(в)=(v(з1)+v(в))/(v(з2)-v(в)); мощность велосипедиста в обеих случаях одинакова F(с1)·v(з1)=F(с2)·v(з2), F(с1), F(с2)- силы сопротивления движению. На основании второго закона Ньютона уравнения движения против и по ветру: F(с1)=F(к1)+ F(л1) (1); F(с2)=F(к2)+F(л2) или F(с1)/n(з)=n(с)·F(к1)+F(л1)/(n(в)·n(в)) (2), где F(к1), F(к2)- величина сил трения качения, F(л1), F(л2)- лобового сопротивления, n(с)=F(к2)/F(к1). Из деления выражения (1) на (2) получается формула для определения отношения величин силы трения качения при движении по ветру и против, n(с)=1/n(з)+(F(л1)/F(к1))·(1/n(з)-1/(n(в)·n(в))); при небольшой относительной скорости движения сила лобового сопротивления ей прямо пропорциональна и тогда n(с)=1/n(з)+(F(л1)/F(к1))·(1/n(з)-1/n(в)).

При уменьшении давления воздуха в шине увеличивается сила трения качения, могущая приводить к постепенному смещению покрышки с камерой относительно обода.

Сообщение от Pranevich Ihar

Реальность же такова, что чем лучше, в смысле меньшего сопротивления качению, колёса велосипеда, тем существеннее велосипедистом ощущается разница энергозатрат при езде по ветру и против на шоссе, особенно открытом.

Предположим, что величина силы лобового сопротивления велосипедиста, движущегося по ветру, равна 5 Н, против него 10 Н, скорость велосипеда относительно поверхности Земли во всех случаях 10 м/с; имеется два комплекта колёс, суммарная сила трения качения которых 5 Н и 10 Н. Для первой пары, при движении по ветру, мощность сил сопротивления движению будет составлять 100 Вт, против- 150 Вт, то есть в 1,5 раза, или на 50% больше; для второго комплекта колёс соответсвенно 150 Вт и 200 Вт,- увеличение в 1,333 раза, или на 33,3 %.