Сопротивление качению покрышки: что это, как влияет на скорость и езду

Когда мы говорим о велосипедах, особенно шоссейных, мы обсуждаем их вес, геометрию, аэродинамику, оборудование. Немало внимания уделяется дизайнерским и конструкционным решениям. Учитываем мы абсолютно все, что может и не может повлиять на эффективность райдера.

Производители даже снабжают нас информацией о том, какие из их моделей быстрее на дистанции в 40 км. Обычно указывается сколько секунд экономит та или иная модель велосипеда. Не говорим мы только о сопротивлении качению.

Что такое сопротивление качению?

Рассматривая движение велосипеда, становится очевидным, что ехать ему мешает гравитация, аэродинамическое сопротивление и то самое сопротивление качению. Снижая количественные показатели этих сил, райдер будет ехать быстрее при одной и той же мощности. Как вариант, он может поддерживать постоянную скорость при меньшей мощности.

Итак, что же такое сопротивление качению (Ск)? Покрышка склонна к деформации в месте контакта с дорожным полотном. Величина деформации зависит от скорости, веса райдера, вида покрышки (трубка, клинчерная или бескамерная), давления воздуха в ней и, конечно, от качества дорожного покрытия. Совокупное влияние всех перечисленных факторов складывается в единый термин – сопротивление качению. Для ясности и научности представим всё в виде реального уравнения.

Pск = (g·cos(tan−1 (G)) · Wкг · Cк) 𝒗

Pск - мощность райдера
g - сила гравитации (ускорение свободного падения)
G - градиент дорожного полотна
Wкг - вес райдера и велосипеда
Cск - коэффициент сопротивления качению
𝒗 - скорость

Не стремитесь понять всю формулу сразу, в ней легко потеряться. Обратите, однако, внимание, что величина мощности будет меняться пропорционально скорости. Чем быстрее едешь, тем больше требуется мощности, если принять другие переменные неизменными.

В приведенной ниже таблице отображены данные для гонщика весом 72,5 кг и велосипеда весом 8,2 кг на покрышках Continental 4000s II с надлежащим давлением, и бутиловыми камерами.

Характеризуют эти данные рост мощности для преодоления Ск с ростом скорости. Как вы можете видеть, мощности на преодоление Ск уходит довольно много. Следовательно, мы можем заключить, что выбор покрышки по коэффициенту Ск  очень даже важен.

Двигаемся дальше, примем фиксированную величину Ск на уровне 0,00387 и фиксированный вес велосипеда 8,2 кг на скорости 20 мл/ч. На графике ниже мы увидим, как изменение веса райдера влияет на необходимую мощность для преодоления фиксированного значения Ск.

На следующем графике зафиксированными остаются вес райдера и скорость, меняться теперь будет сопротивление качению от самой плохой покрышки до самой хорошей. Три кривые показывают разный вес трех райдеров.

Очевидно, что решающим фактором является вес гонщика. Памятуя о линейности уравнения, легко предположить, что снижение параметра Ск или веса на 25% приведет нас к одному и тому же результату по мощности. При грамотном выборе покрышек получить меньшее сопротивление качению на 25% вполне реально по щелчку пальца. Сбросить же с райдера 25% веса (от 72,5 кг) нереально, как только пальцами не щелкай.

Зафиксировав влияющие на Ск величины, мы увидим, что решающими факторами становятся коэффициент Ск и скорость. Надеюсь, всем всё ясно.

Какое влияние сопротивление качению оказывает на реальные гонки?

В профессиональных гонках Тура райдеры ездят очень быстро. Особенно ярко это видно на TT заездах – всё решается секундами. Впрочем, секунды решают судьбу райдера даже на Гранд Туре.

Показательная ситуация произошла в 2018-м году на Джиро Италии, когда Крис Фрум объехал Тома Дюмулена на 46 секунд. Всё бы ничего, если не принимать во внимание тот факт, что гонка длилась 89 часов, а за спиной были тысячи километров. Вот она, важность каждой секунды на каждом отдельном этапе гонки.

Перед финальным этапом TT на Джиро энтузиасты хорошо знали показатели аэродинамики, скорости и мощности Тома Дюмулена. Также им было известно, что ехать он будет на покрышках с невероятно низким показателем Ск. Им стало интересно просчитать его показатели с другими покрышками, Vittoria Corsa Speed Tubular (Ск 0,00297) и их бескамерной версией (Ск 0,00249), чтобы смоделировать его возможный результат. Оказалось, что разница между двумя покрышками составила 10 секунд, что эквивалентно 4-м Ваттам энергии. Величины просто огромные.

Сравнение, все-таки, не самое справедливое, так как сравниваемые покрышки должны обладать одинаковым способом крепления к ободу. Здесь же измерялись трубки и бескамерки, разница существенная. Тем не менее, результат говорит сам за себя.

Не менее интересные подсчеты проводились и относительно IronMan. Есть такой американский триатлонист Энди Поттс, очень он любит покрышки Continental Gatorskin. Как многие знают, отличается эта резина своей непробиваемостью. Также многим известно, что сопротивление качению у этих покрышек очень большое. В сравнении с теми же Continental GP 4000 и новыми TT сериями они просто-таки провальные.

Речь идет о возрастной группе Kona, скорости там ниже, чем у профессиональных спортсменов. Для анализа данных примем усредненный аэродинамический показатель умеренно-агрессивной посадки и среднюю мощность 200 Вт. Учитывая идеальные погодные условия 2017-го года мы можем поиграться с величинами Ск (Сопротивление качению) и увидеть какое влияние они оказывали на результаты.

Continental Gatorskin    
Ск: 0,00606 Общее время: 5:16:45 Преимущество: 0:00

Continental GP 4000s II
Ск:  0,00387 Общее время: 5:05:43 Преимущество: 11:02

Continental GP TT
Ск:  0,00315 Общее время: 5:02:15 Преимущество: 14:30

Результаты весьма красноречивы. Не знаю, стоит ли тут еще что-то добавлять. Всё и так видно.

Вывод можно сделать один – пользуйтесь специальными приложениями, которые помогают рассчитать коэффициент Ск именно для вас с учетом многих параметров. Таким образом вы рискуете стать быстрее. Да, придется делать поправку на устойчивость шин к проколам.

Конечно, речь идет о Ск при длительных заездах на высоких скоростях с высокими показателями мощности, прострелы по улицам родного города здесь не просчитывались. То есть, поставив себе быстрые покрышки, чтобы ездить по городу ты ничего не выиграешь толком. Не хватит места разогнаться и прочувствовать всю прелесть низкого Ск. В общем, катайтесь, наслаждайтесь, развивайтесь!