כולנו נאבקנו במעלה מדרונות של 20%, 25%, אפילו 30%. אבל עד כמה תלול כביש צריך להיות לפני שאי אפשר לטפס עליו באופניים?
זה דבר מוזר - המרדף שלנו אחר תלילות. מקובל לשמוע רוכבים מתהדרים בכיבוש קולות אלפיניים שנוסעים ללא הפוגה לשמיים בשיפועים של 20% לאורך כמה קילומטרים, או קוצים של עד 40% במרכז סיכת השיער.
אבל לזכור ששיפוע של 100% גורם רק לשיפוע של 45° - מטר אנכי למטר אופקי אחד - בוודאי שלא יהיה בלתי אפשרי לרכוב תלילות שמתקרבת ל-100%. האם זה יהיה?
החלטנו לחפש את המומחים כדי לברר.
דבר ראשון. כשאנחנו אומרים 'השיפוע התלול ביותר' אנחנו לא מדברים על הקוצים המטורפים האלה בתלילות הכביש, או על הפלטפורמה האנכית של חצי צינור.
אנחנו יכולים לשקול רק שיפוע מתמשך שרוכב אופניים יכול לנסות לרכוב במשך זמן סביר.
למרבה הפלא, כוח אינו גורם מגביל להתמודדות עם העליות התלולות ביותר, אומר רט אליין, פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת דרום-מזרח לואיזיאנה ובלוגר ותיק במגזין Wired.
'אם לא אכפת לך ממהירות אתה יכול לעלות בכל שיפוע עם מעט מאוד כוח כל עוד יש מספיק חיכוך', הוא אומר.
'לדוגמה, אתה יכול להשיג מנועים קטנים להעלות עומס כבד מאוד אם אתה משתמש בכמות מספקת של גלגלות.'
אם אתה יכול ליצור את יחס ההילוך הנכון באופניים שלך, אז אפילו עם תפוקת כוח זעירה תוכל לטפס על כל שיפוע - בתיאוריה.
המציאות שונה. יחס העברה שאפשר לך לטפס עליות תלולות בטירוף יחייב אותך לסובב את הרגליים כמו מטורף תוך כדי זחילה רק קדימה. בקרוב תתמוטט.
Allain מציב את המהירות המינימלית שבה תרצה להתמודד עם טיפוס כמהירות הליכה, או בסביבות שני מטרים לשנייה. לפי החישובים שלו (שקצת מפותלים מכדי לדון בהם כאן), הוא מציב את השיפוע המרבי להספק של 422 וואט במהירות של 2m/s (4.5mph) כ-40%.
אז 40% עשויים להיות המקום שבו הכוח האנושי מוצא את ההתאמה שלו בשיפוע - מעבר לזה אתה יכול באותה מידה ללכת. אבל לאלו מאיתנו שפחות מתעניינים במעשיות, ויותר מעוניינים להוכיח שאי אפשר להביס אותנו בשיפוע, חייב להיות אפשרי לטפס בשיפוע גדול מ-40% אם אנחנו מוכנים ללכת לאט מספיק.
מה שאנחנו רוצים לדעת הוא באיזו זווית חוקי הפיזיקה ימנעו מאיתנו את היכולת לטפס ללא קשר לתפוקת הכוח או יחס ההילוכים שלנו.
איזון עדיפויות
אם היינו נוסעים במעלה גבעה שנעשתה תלולה יותר ויותר, חייבת להגיע לנקודה שבה היינו פשוט מתהפכים לאחור.
'אם אתה לוקח אופניים כשלוש נקודות, מרכז המסה ושתי נקודות המגע [הגלגלים], אז אם הציר האנכי של מרכז המסה עובר מעבר לאחת משתי נקודות המגע הללו, האופניים יתהפכו,' אומר אלאן.
קית' בונטראגר, חלוץ בתפקיד מרכז הכובד [CG] בהתאמה לאופניים, מסביר, 'זה לא פשוט למצוא את ה-CG של הרוכב באמצעים מכניים'.
אבל הוא כן שם את ה-CG של רוכב מטפס על קו '2-3 ס מ מאחורי ציר הדוושה במיקום הדוושה של השעה תשע'.
לפי החישובים שלנו (הלא מדעיים למדי) אנו מעריכים שלרוכב הממוצע, שיושב כרגיל, יהיה CG CG בקירוב של 58 ס"מ לפני ו-120 ס"מ מעל לנקודה שבה הגלגל האחורי נוגע בכביש.
עכשיו, כדי לחשב את הנקודה שבה הרוכב ייפול לאחור, עלינו לבצע טריגונומטריה קטנה. (אם אתה מעוניין: זווית השיפוע=90 - (Tan-1 (גובה של CG ÷ גלגל אחורי ל-CG אופקי).
מכאן, אנו מקבלים את התשובה של נקודת מפנה של 25.8°, או 48%. אז הנה, השיפוע התלול ביותר הוא 48% עלובים. או שזה?
כאשר הזווית תהיה תלולה, סביר להניח שלא תשב 'רגיל'. בונטראגר טוען, 'רוכב מונע התהפכות על ידי הישענות קדימה בעליות תלולות מאוד. זה נפוץ לרוכבי MTB.'
לכן חישבנו מחדש בהתבסס על הרחבת רוכב מעל הסורגים ככל האפשר, ומצאנו שיפוע מרבי חדש של 41°, או 86.9%.
כמובן, הישענות כל כך קדימה בשיפוע תסיר מתיחה מהצמיג האחורי, ואולי תגרום לאופניים להחליק בצורה מדאיגה במורד הגבעה. מה שמביא אותנו למגבלה העיקרית בחיפוש אחר תלילות: מתיחה.
החלק מחליק
כדי לנוע על אופניים בכלל, אתה צריך חיכוך כדי להתנגד לתנועת הצמיג. ככל שהשיפוע גדל, החיכוך פוחת כאשר שני המשטחים נדחפים זה לזה בעוצמה פחותה על ידי כוח הכבידה. C
hristian Wurmbäck, מנהל המוצר של קונטיננטל, אומר, 'הייתי אומר שהאחיזה של הצמיג תהיה הדבר הראשון שייכשל בשיפוע תלול מאוד.'
אבל קשה למצוא את נקודת המפנה המדויקת. ראשית, עלינו לדעת את מקדם החיכוך של צמיג - בעצם כמה הוא דביק.
זה לא קל לקבוע, כפי שוורמבאק מסביר: 'אי אפשר באמת להגיד. זה תלוי במשטח, אם הוא רטוב או יבש. הרעיון שיש מספר אחד שנותן אחיזה תיאורטית לכל התנאים - הוא לא באמת קיים.'
למרות שהמציאות עשויה להיות מורכבת יותר, הערכות עבור מקדם החיכוך עבור גומי טהור על השטח משתנות מ-0.3 על בטון רטוב ועד 0.9.
החישוב של פרופסור אלאן, המבוסס על מקדם חיכוך משוער של 0.8 (שאותו הוא מתאר כ'אופטימי') מעמיד את הזווית המקסימלית שהמשיכה של הצמיג תסבול ל-38.7°, או בסביבות 80%.
לאבד את האחיזה
ב-80% זה כבר הופך את המתיחה של הצמיגים לנקודת הכשל הראשונה, אבל זו עדיין עשויה להיות הערכת יתר של תלילות אפשרית. המקדם של 0.8 מסתמך על הרעיון של צמיג שכולו גומי, שהוא נדיר.
Wurmbäck אומר, 'אנחנו רוצים שהצמיג יהיה נוקשה יותר ועמיד יותר מאשר גומי טהור. אם יש לך צמיג סופר קשיח, הוא לא נדבק גם לכביש.'
יתרה מכך, שיפועים של יותר מ-30% דורשים לעתים קרובות ריצוף בטון ולא אספלט, שעבורו הערכות של מקדם חיכוך עם גומי קרובות יותר ל-0.6 בתנועה.
אם מחזירים את הנתון הזה למשוואה של אלאין, המתיחה עלולה להיכשל ב-60%. זאת מבלי להיכנס למורכבות של חלוקת המשקל בין הגלגלים בהינתן עמדת הטיפוס הרדיקלית שרוכב חייב לאמץ.
Wurmbäck אומר, 'יש דרכים להגביר באופן דרסטי את החיכוך - כמו לשים דבק על פני השטח. אבל במונחים פרקטיים יותר, אתה רוצה צמיג חם ומשטח חם, ביום חם, עם פחות ניפוח צמיג עם צמיג רחב.'
בנוסף למקדם יש גם שטח פנים, שנוצר על ידי פרופיל הצמיג, שיש לקחת בחשבון. אבל כנראה שנצטרך עוד כמה עמודים כדי אפילו לגרד את פני השטח של זה.
לכן מספר רב של גורמים משתנים ממלאים תפקיד בהגבלת התלולות של טיפוס המחזור המסחרר ביותר. אבל אם ההילוך, הכוח ותנוחת הטיפוס הרדיקלית שלך יאפשרו לך ללכת צפונה לשיפוע של 60%, אתה כנראה יכול לצפות שהמשיכה שלך תאכזב אותך בכל שנייה.
אלא אם כן יש לך סיר דבק בהישג יד.
