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zoom RSS ロードバイクで早く走るために空気抵抗を考えてみた

<<   作成日時 : 2016/11/29 23:22   >>

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最近、このブログが少し迷走気味ではあるが、ロードバイクで早く走るためにはいろいろな要素があるという事が解ったので、その一部を自分なりの解釈でまとめてみた。
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まず、無視できない大きな要素としては、なんといっても空気抵抗である。
単純に、速度が2倍になれば2乗の4倍の空気抵抗がかかる。
ただし、低速では速度に比例するらしい。

ここで、式を使って説明していく。

いろいろ調べたが、空気抵抗を求める式が二通り出てきた。
1. Ra=λSV^2  
      Ra:空気抵抗 λ:空気抵抗係数 S:前方投影面積  V走行速度

2. Fa=1/2Ca・A・ρ・(Vb+Vw)^2
      Fa:空気抵抗 Ca:空気抵抗係数 A:自転車と人間の前方投影面積 ρ:空気密度
      Vb:バイクの速度 Vw:風速(向かい風は+、追い風は-)

1と2で少し違うが、その違いは自分には説明できない。
という事で、2の式を使って説明する。


この式を見てもらうと分かるが、バイクの速度と風速の和の2乗に比例している。
バイクの速度が上がれば上がるほど、そして向かい風が強くなれば強くなるほど空気抵抗が大きくなる。
それも2乗なので、速度の和が2倍になれば4倍の空気抵抗がかかることになる。

さらに、空気密度にも比例している。
つまり、夏の暑いときと冬の寒い時では空気密度が違うので、冬の方が抵抗が大きいという事になる。

同様に、高度が高くなればなるほど空気密度が低くなるので、空気抵抗も低くなる。
なので、ヒルクライムで高度が上がれば上る程空気抵抗が低くなるという事だ。


そして、この空気抵抗に負けずに早く走るためには、以下のような動力が必要となる。

 Pa=(Vb+Vw)・Fa=1/2Ca・A・ρ・(Vb+Vw)^3
    Pa:空気抵抗に打ち勝つための動力

バイクの速度と風速の和の3乗が必要になってくる。
大変な動力が必要だという事が解る。

さらに、この動力をTa時間維持するためのエネルギーは、
 
 Ea=Pa・Ta

となる。


以上の式で分かるように、高速で走るために必要なことは、いかに空気抵抗を減らすことが大事かという事が解る。
空気抵抗を減らすことによって、必要エネルギーが小さくなるわけだから省エネ方向につながる。

そこで、Faの式で唯一自力で帰られるのは、

  A:自転車と人間の前方投影面積

つまり、バイクはいかに薄くするか、それと人間の前方投影面積をいかにして減らすかという事なのだ。
当然、エアロバイクまたはTTバイクが有効だと言事が解る。
更に人間はいかに小さくなるかという事が重要だという事も分かる。

つまりエアロポジションに繋がっていくのだ。

ある報告では、ロードバイクの場合、ブラケットを持って体を前傾させる方が投影面積が小さくスピードが出たという報告もあった。
それくらいかぶせて走ればかなり前方投影面背が小さくなり、抵抗が少なくなり楽になるという事になる。

以上を踏まえて考えてみると、

 いかに小さく、いかに薄く!!

が重要なファクターだと言える。
このことを踏まえればまだまだ早くなれるという事だ。

もちろん、そのポジションを維持する体幹力も必要となるので、そこは鍛えないとね。


以上、考察してきたが、自分は科学者ではないので正しくなことを記述しているかもしれないが、そこはブログという事でお許し願いたい。

疑問を持たれた方は、ぜひご自分で調べてみることをお勧めする。


ここまで、よく調べたね!!、という事はもっと早くなるよね!!と期待された方もそうでない方もクリックしていただけると嬉しいです。(^^ゞ


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