自転車の抗力をどのように推定するのか興味があります。これには2つの異なるフレーミングがあります。
特定の速度で乗るのに必要なパワーの量を見つけます。つまり、一定の速度で移動している場合、システムに追加される電力（私の努力および/または降下時のcoast行）は、空力抵抗、転がり抵抗、上昇、観客が投げた物体の偏向などによって差し引かれる電力に等しくなります。 。
所定の速度を維持するために必要な押圧力の量を見つけます（ここでも、一定の速度で前方に押すと後方に押すことに等しくなります）。最も明らかな例は、空力抵抗です。これは、高速で走行しているときに「押し戻し」を感じることができます。
オンラインの計算機と公式が存在しますが、それらは転がり抵抗または空力抵抗の係数を想定しているか、またはこれらの係数を提供できると想定しています。彼らはどのようにこれらの仮定を立てますか、および/またはどのようにしてそれらの推定を自分で行うことができますか？
回答:
あなたの質問は簡単ですが、完全な答えは複雑です。最も簡単な答えは、Wilson and Papadopoulos（2004）の第2部（特に第4章）、またはDebrauxらによる最近のレビューを指すことです。（2011）、またはMartin et al。による論文。（1998）。ただし、これらの論文でさえ、最新の自転車コンピューターやGPSユニットから利用可能なデータをより活用するアプローチをカバーしていません。パワードラッグ方程式の背景は、ドラッグを推定するさまざまな方法（それに応じて精度、精度、難易度、コストが異なる）が存在する理由を理解するのに役立ちます。
速度を電力に変換する方程式はよく理解されています。必要な総電力には4つの部分があります。
Total power = power needed to overcome rolling resistance +
power needed to overcome aerodynamic resistance +
power needed to overcome changes in speed (kinetic energy) +
power needed to overcome changes in elevation (potential energy)
これらのうち、最も単純な部分は、標高の変化を克服するために必要な力です。ポテンシャルエネルギーの変化を考慮し、速度の変化を克服するために必要なパワーは簡単です。
watts(PE) = slope * speed in meters/sec * total mass * 9.8 m/sec^2
watts(KE) = total mass * speed in meters/sec * acceleration
車輪の慣性モーメントのためにKEコンポーネントの小さな部分がありますが、自転車の場合は小さい傾向があり、しばしば無視します。ただし、転がり抵抗と空力抵抗を記述するために必要な方程式はもう少し複雑です。上記で引用されたMartin等による記事は、より詳細を提供しますが、風を無視できるなら、空力成分は、
watts(aero) = 0.5 * rho * CdA * (speed in m/s)^3
ここで、rhoはkg / m ^ 3単位の空気密度で、CdAは抗力領域です（「A」は正面領域、「Cd」は抗力係数です。CdAはその製品であり、「等価」と考えることができます）領域Aの面で風の方向に垂直に保持された立方体の領域。
最後に、転がり抵抗（タイヤ、チューブ、ベアリングの摩擦を含む）を克服するために必要な力は
watts(RR) = Crr * total mass * 9.8 m/sec^2 * speed in m/s
Crrは転がり抵抗係数です。
ここで、Analyticcycling.comのようなオンライン計算機にアクセスすると、rho、Crr、Cd、およびAの値を指定する必要があることがわかります。次に、速度と勾配の特定の値が与えられると、電力を計算します。空気密度rhoのオンライン計算式を見つけるのは簡単ですが、CrrとCdA（または個別にCdとA）の推定値を見つけるのははるかに困難です。
CdAを推定する最も簡単な（しかし最も高価な）方法は風洞です。そこでは、オブジェクトがスケール（基本的には非常に正確で正確なバスルームスケール）に取り付けられ、既知の速度の風が適用され、空気密度が測定され、オブジェクトにかかる全力がスケールによって測定されます。ワットは力（ニュートン単位）*速度（メートル/秒）であるため、力（ニュートン単位）=ワット/対気速度= 0.5 *ロー* CdA *（対気速度^ 2）。トンネルオペレーターはrhoを知っており、対気速度を知っており、高価なバスルームスケールは力を測定するため、CdAを計算できます。CdAの風洞推定値は、ゴールドスタンダードと見なされます。経験豊富なオペレーターとの良好なトンネルで実行した場合、測定は正確で再現可能です。実際には、Cdを個別に知りたい場合は、dデジタルカメラで正面領域Aを測定し、既知の領域のオブジェクト（平らな正方形など）のデジタル写真と比較します。歴史的な話として、ほぼ100年前、デュボアとデュボアは人と参照オブジェクトの写真を撮り、オブジェクトの輪郭に沿って写真を切り取り、その後、敏感なスケールで切り抜きの重量を量ることにより、正面の面積を測定しました。
ただし、タイヤ、チューブ、またはベアリングの抵抗は対気速度の影響を受けないため、風洞データからCrrを推定することはできません。タイヤメーカーは、大きな回転ドラム上でのタイヤの転がり抵抗を測定していますが、空気抵抗を測定することはできません。CrrとCdAの両方を測定するには、両方を測定し、2つを区別できる方法を見つける必要があります。これらの方法は間接的なフィールド推定方法であり、精度と精度が大きく異なります。
過去20年ほどまで、最も一般的な間接フィールド法は、既知の斜面の丘をcoast性で下り、最大速度（終端速度とも呼ばれます）または丘の上の固定点を通過するときの速度を測定することでした。終端速度では、CrrとCdAを区別できません。ただし、ある地点で速度を測定し、丘の頂上で「進入」速度を制御できた場合は、異なる進入速度でテストし、CrrとCdAの2つの未知数を解くのに十分な方程式を取得できます。ご想像のとおり、この方法は退屈で、精度が低下しがちでした。それにもかかわらず、風のない廊下や大きな飛行機の格納庫内をcoast行し、「電動アイ」またはタイミングストリップを使用して速度を比較的高い精度で測定するなど、多くの独創的な選択肢が検討されました。
自転車用パワーメーターの出現により、空力とローリングドラッグを測定する新しい機会が生まれました。要するに、平らな風が遮る道路を見つけることができれば、道路を一定の速度または力で走ることになります。その後、異なる速度または出力で繰り返します。「一定の速度で平らで風を遮る」という要件は、パワーのPEおよびKEコンポーネントを無視でき、転がり抵抗と空力コンポーネントのみを処理する必要があるため、全体的なパワー方程式が次のように単純化されることを意味します。
Watts = Crr * kg * g * v + 0.5 * rho * CdA * v^3; or
Watts/v = Crr * kg * g + 0.5 * rho * CdA * v^2
ここで、gは重力による加速度、9.8 m / sec ^ 2です。
後者の式は、式の勾配がCdAに関係し、切片がCrrに関係する線形要求によって簡単に推定できます。これは、Martin et al。した; 彼らは飛行機の滑走路を使用し、両方向の走行を平均し、気圧、温度、湿度を測定してrhoを計算し、風速と風向を測定して補正しました。彼らは、この方法で推定されたCdAが風洞で測定されたCdAの1％以内に一致することを発見しました。
ただし、この方法では、道路が平坦であり、速度（または出力）がテスト実行の長さにわたって一定であることが必要です。
CdAとCrrを推定する新しい方法が開発され、多くの最新の自転車コンピューターと自転車のパワーメーターの記録機能を活用しています。速度（およびオプションで電力）を瞬間的に記録している場合は、速度の変化を直接測定して、電力のKE成分を推定できます。さらに、ループを走る場合、ループの開始点に戻ると正味の標高変化がゼロになり、正味のPEコンポーネントがゼロになることがわかっているため、道路は平坦である必要はありません。この方法は、既知の正味の標高変化のあるcoast性の下り坂に適用できます（つまり、一定の勾配を持つ必要はなく、coast性の場合はパワーがゼロであることがわかります）。このアプローチの例は、こことここにありますまた、慎重に実行すると、CdAの風洞推定値と1％以内で一致することが示されています。メソッドの短いビデオプレゼンテーションは、ここの28:00頃から始まります。ベロドロームで使用中の方法の短いビデオはこちらにあります
異なるが比較的一定の（あまり急ではない）勾配のいくつかの長い丘を見つけることができたら、各丘で勾配と最終速度を決定します（速度が安全な速度を下回っていると仮定）、数学を行うことができるはずです空力抵抗を決定するために（高速では転がり抵抗は無視できるという合理的に有効な仮定に基づいて作業します）。
または、非常に注意深く観察することで、平坦な道路でどれだけ速く減速するかを判断できます。
ああ少年。自転車の空気力学。トライアスリートが自転車の横を歩いているときのバックエンドの写真を見せたいです。見つけられないことを除いて。
さて、これで類推はどうでしょう。レンガを見つけます。鉛筆を探します。鉛筆の端を立て、その上にレンガをテープで留めます。この仕掛けを風洞に入れてください。この仕掛けの抗力を測定します。
今、鉛筆を取ります。抗力をもう一度測定します。
あなたはレンガです。鉛筆はあなたの自転車です。
次回、この操作の抵抗を減らすために自転車の部品にお金を使うように誘われたとき、この類推について非常に慎重に考える必要があります。特に、ジャージのしわは、エアロバーとエアロヘルメットの両方を組み合わせた場合よりも、空力シェイプの抵抗に寄与することがわかっていることを考慮してください。
言い換えれば、あなたのお金はスキンスーツ、または日焼け止めに費やしたほうがいいです。そして、日焼け止めは抵抗が少ないです。