Аэродинамика. Зависимость скорости велосипедиста на спуске с горы от его массы
Rey2009 [925652]: Набегающий поток воздуха холоднее, чем велосипедист. Поэтому велосипед и велосипедист будет не только греться из-за трения, но и охлаждаться от набегающего воздуха. Все будет еще сложнее, если приплетать температуру.
#925671
24.06.2013 - 15:56
И вообще, у человека активная терморегуляция. Так что с температурой - никак.
#925677
24.06.2013 - 16:03
Kollaider [925635]: Сопротивление воздуха плохо считается для сложных тел.
А почему бы не посчитать? Формула есть: F=Cx*р*V^2*S/2. р - плотность воздуха, ее знаем, V - скорость, тоже знаем. Не знаем Cx - коэффициент лобового сопротивления, и S - площадь велосипедиста.
Интересно, если два раза с разных горок одного человека спустить, получится из системы двух уравнений найти два неизвестных члена, или всё посокращается?
Это я к вопросу о том, насколько сопротивление толстячка выше сопротивление недоедающего велосипедиста - здесь ведь и рюкзак на спине оказывает сильное влияние, и одежда (обтягивающая/балахоны).
А почему бы не посчитать? Формула есть: F=Cx*р*V^2*S/2. р - плотность воздуха, ее знаем, V - скорость, тоже знаем. Не знаем Cx - коэффициент лобового сопротивления, и S - площадь велосипедиста.
Интересно, если два раза с разных горок одного человека спустить, получится из системы двух уравнений найти два неизвестных члена, или всё посокращается?
Это я к вопросу о том, насколько сопротивление толстячка выше сопротивление недоедающего велосипедиста - здесь ведь и рюкзак на спине оказывает сильное влияние, и одежда (обтягивающая/балахоны).
#925678
24.06.2013 - 16:06
Kollaider [925677]: Можно его веществами накачать, чтобы температура не менялась. Седативными какими-нибудь или какие они там бывают. Блин, мы щас из физики скатимся к биологии, анатомии и фармакалогии:)
Orange12 [925678]: Я тебе даже больше скажу - если одного человека с одной и той же горки спустить, и то могут разные цифры получиться. Было бы все так просто, не загоняли бы болиды формулы-1 и самолеты в аэродинамические трубы, а все считали бы на коленках.
Orange12 [925678]: Я тебе даже больше скажу - если одного человека с одной и той же горки спустить, и то могут разные цифры получиться. Было бы все так просто, не загоняли бы болиды формулы-1 и самолеты в аэродинамические трубы, а все считали бы на коленках.
#925685
24.06.2013 - 16:15
Orange12 [925678]: Формула есть: F=Cx*р*V^2*S/2
А где же в этой формуле турбулентность и вихревые потоки учитываются? А это очень существенный фактор. И понятие "площадь велосипедиста" весьма сомнительно и меняется сильно от его позы.
А где же в этой формуле турбулентность и вихревые потоки учитываются? А это очень существенный фактор. И понятие "площадь велосипедиста" весьма сомнительно и меняется сильно от его позы.
#925687
24.06.2013 - 16:18
Orange12 [925689]: тебе показалось. Это очень нелинейные факторы, сильно зависящие от скорости, потому в коэффициент их не спрячешь.
#925696
24.06.2013 - 16:38
Orange12 [925678]: Не знаем Cx - коэффициент лобового сопротивления
Дык, а без него какие расчеты?
Однако, думаю, что в сети есть какие-то средние данные.
Stirliz85 [925685]: Можно его веществами накачать, чтобы температура не менялась.
или заморозить.
Дык, а без него какие расчеты?
Однако, думаю, что в сети есть какие-то средние данные.
Stirliz85 [925685]: Можно его веществами накачать, чтобы температура не менялась.
или заморозить.
#925697
24.06.2013 - 16:39
Kollaider [925697]: Я предлагал именно его найти из уравнения. Впрочем, Stirliz85 логично указал на то, что если бы это было возможно, аэродинамические трубы не строили бы.
#925699
24.06.2013 - 16:42
Orange12 [925699]: Не, с воздухом сложновато.
Моделируют на очень неслабых чумовых компьютерах, и даже после них всё равно дуют.
Моделируют на очень неслабых чумовых компьютерах, и даже после них всё равно дуют.
#925702
24.06.2013 - 16:46
Kollaider [925702]: Эмпирическим путем можно получить некий параметр, который можно будет приближенно считать искомым. Только вот пока мы будем его вычислять, мы уже успеем прикинуть все остальные величины, из-за которых затевалась вся эта тема... собственно я к этому и клоню - физику процесса мы более/менее поняли, а вот дальше - только опыт.
#925724
24.06.2013 - 17:16
Kollaider [925697]: тогда уж проще его на куль картошки заменить! А морозить - не вариант, будет оттаивать на солнышке... Придется проводить опыт ночью, при нуле градусов по Цельсию, с ледяной статуей велосипедиста в полный рост, и для чистоты эксперимента, с идеальной сферической глыбой льда.
#925728
24.06.2013 - 17:17
Stirliz85 [925728]: И куль взять сферической формы:) Да еще научить его поддерживать равновесие и держать руль по направлению движения
#925731
24.06.2013 - 17:21
Logrus [925730]: Не, в вакууме не пойдет, каждый велосипедист характеризуется ещё МПК :)
#925733
24.06.2013 - 17:22
kv [925731]: будет сферическим - пофиг на равновесие, по большому счету. А если все-таки нужно именно на велосипеде, то можно "катамараном" два велика собрать - не упадет. У меня даже есть готовая модель - детская коляска! Это почти велосипед, только с незначительными изменениями в конструкции, которые не повлияют на чистоту опыта.
#925738
24.06.2013 - 17:26
Logrus [925730]: В том-то и дело, что не в вакууме, а в воздушной среде, будь она неладна
#925740
24.06.2013 - 17:27
Ну тогда надо футбольный мяч и шар для боулинга спустить с одной горки. Вот и весь эксперимент. :)
#925741
24.06.2013 - 17:28
Kollaider [925739]: он же велосипедист... но в данном случае можно без велосипеда обойтись... в первом приближении.
Logrus [925741]: Ты такой умный где был, пока мы тут пол курса физики вспоминали?
Logrus [925741]: Ты такой умный где был, пока мы тут пол курса физики вспоминали?
#925743
24.06.2013 - 17:30
Кстати, кто что думает по поводу запенивания рамы монтажной пеной? Увеличится-ли торсионная жесткость? Может быть уже кто-нибудь запенивал?
#925811
24.06.2013 - 20:19
Stirliz85 [925811]: Не увеличится, стопудово.
Какая там жесткость у пены?
Сразу пройдут складки по местам деформаций и не останется даже малейшей жесткости ентой пены.
Какая там жесткость у пены?
Сразу пройдут складки по местам деформаций и не останется даже малейшей жесткости ентой пены.
#925812
24.06.2013 - 20:21
Kollaider [925812]: А вот и нет! http://forum.velomania.ru/showthread.php?t=128066 (не смотрите, что в разделе "юмор" - все серьезно)
#925822
24.06.2013 - 20:40
Stirliz85 [925822]: Пишут, что нужна специальная пена. "На основе гелия или водорода".
О це дело.
Тока надо свинцовые щузы. Штоп не улететь.
О це дело.
Тока надо свинцовые щузы. Штоп не улететь.
#925845
24.06.2013 - 21:14
Kollaider [925805]: Дело тут не в ускорении. Мы ищем максимальную скорость для маленького и для большого велосипедистов при спуске с горы в земной атмосфере.
Прочитав комментарии, прихожу к следующим выводам.
Наверху велосипедист обладает запасенной потенциальной энергией, зависящей от его массы. Эта положительная энергия двигает его вперед. Воздух создает своим сопротивлением противодействующую отрицательную энергию. Когда сумма этих энергий становится равной нулю, велосипедист обретает определенную постоянную (на миг) скорость.
Мной были зафиксированы моменты наибольшей максимальной скорости для разных посадок велосипедистов с разной массой.
Эксперимент скатывания с горы показал:
1. В случае прямой посадки. Увеличение массы велосипедиста дает больший прирост положительной кинетической энергии, чем прирост отрицательной энергии сопротивления воздуха от большей площади крупного велосипедиста. Крупный велосипедист едет быстрее, чем легкий.
2. В случае прижатии к рулю. Увеличение массы велосипедиста дает прирост положительной кинетической энергии равный приросту отрицательной энергии сопротивления воздуха от большей площади крупного велосипедиста. Крупный велосипедист едет с такой же скоростью, что и легкий.
Положительная энергия - та, что помогает нам. Отрицательная энергия - та, что противодействует нам.
Теоретически зависимость нам не вычислить. Поэтому доходим до истины эмпирическим путем.
У меня такое объяснение вопроса, поднятого в этой теме.
Судя по вышеизложеному, на кантрийных велосипедах по асфальту и (или) против ветра энергоэффективнее ездить более крупным людям. А на шоссерах без разницы.
Прочитав комментарии, прихожу к следующим выводам.
Наверху велосипедист обладает запасенной потенциальной энергией, зависящей от его массы. Эта положительная энергия двигает его вперед. Воздух создает своим сопротивлением противодействующую отрицательную энергию. Когда сумма этих энергий становится равной нулю, велосипедист обретает определенную постоянную (на миг) скорость.
Мной были зафиксированы моменты наибольшей максимальной скорости для разных посадок велосипедистов с разной массой.
Эксперимент скатывания с горы показал:
1. В случае прямой посадки. Увеличение массы велосипедиста дает больший прирост положительной кинетической энергии, чем прирост отрицательной энергии сопротивления воздуха от большей площади крупного велосипедиста. Крупный велосипедист едет быстрее, чем легкий.
2. В случае прижатии к рулю. Увеличение массы велосипедиста дает прирост положительной кинетической энергии равный приросту отрицательной энергии сопротивления воздуха от большей площади крупного велосипедиста. Крупный велосипедист едет с такой же скоростью, что и легкий.
Положительная энергия - та, что помогает нам. Отрицательная энергия - та, что противодействует нам.
Теоретически зависимость нам не вычислить. Поэтому доходим до истины эмпирическим путем.
У меня такое объяснение вопроса, поднятого в этой теме.
Судя по вышеизложеному, на кантрийных велосипедах по асфальту и (или) против ветра энергоэффективнее ездить более крупным людям. А на шоссерах без разницы.
Файл: /1 kb/.gif
#925881
24.06.2013 - 22:09
curare [925881]: Когда сумма этих энергий становится равной нулю, велосипедист обретает определенную постоянную (на миг) скорость.
Похоже на правду, только вместо слова "энергия" я бы стал использовать слово "сила" или "мощность". То есть, при спуске с горы у велосипедиста с ростом скорости растет сопротивление воздуха, а x-составляющая силы тяжести остается постоянной. Поэтому в начале пути ma=Fтяж*sinф - Fсопр, а по достижении максимальной скорости 0=Fтяж*sinф - Fсопр, то есть, сила сопротивления воздуха уравняла силу тяжести.
Максимальная скорость будет зависеть от уклона горы.
Если велосипедист едет по ровной поверхности, то Fтяж меняется на тягу ног велосипедиста - 0=Fтяги - Fсопр.
Похоже на правду, только вместо слова "энергия" я бы стал использовать слово "сила" или "мощность". То есть, при спуске с горы у велосипедиста с ростом скорости растет сопротивление воздуха, а x-составляющая силы тяжести остается постоянной. Поэтому в начале пути ma=Fтяж*sinф - Fсопр, а по достижении максимальной скорости 0=Fтяж*sinф - Fсопр, то есть, сила сопротивления воздуха уравняла силу тяжести.
Максимальная скорость будет зависеть от уклона горы.
Если велосипедист едет по ровной поверхности, то Fтяж меняется на тягу ног велосипедиста - 0=Fтяги - Fсопр.
#925917
24.06.2013 - 22:42
Orange12 [925917]: В теоретической физике не силен со школы. Попытался уловить суть.
#925929
24.06.2013 - 22:49
vpv [925363]: я все же говорил не про саму силу сопротивления, а про их различие между тяжелым и легким.
#926023
25.06.2013 - 00:36
Gunslinger [926070]: Присоединяйся, будем вместе думать, что что-то знаем... пока не придет кто-то, кто не скажет, что мы все ничо не понимаем :)
#926095
25.06.2013 - 08:55
Orange12 [925917]: с учетом наших дорог надо тогда учитывать потери энергии при работе пружин вилки) она будет с отрицательным знаком, будет зависеть от жесткости пружин, угла входа вилки в неровность. Так же часть энергии тратится в точки соприкосновения покрышке, нужно учесть пятно контакта, а так же учесть потери энергии из-за протектора, если конечно покрышки не идеально гладкие)
#926103
25.06.2013 - 09:24
curare [925137]: а если серьезно, то условия проведения эксперимента были не постоянны, легкий ветерок мог изменить результаты не эту не значительную разницу. с горы тяжелый едет быстрее это понятно, но зачем был проведен эксперимент? Кто-то планировал похудеть или набрать вес чтоб лучше ехать? ) Вопрос еще, у обоих ли были портфели, облегающая одежда? Если нет, то вопросы аэродинамики не разрешимы. Еще более продуктивными были бы результаты, если ехал один и тот-же человек. НАпример который весит 60 кг. Но во второй раз он ехал бы с грузом, не меняющим его площадь сопротивления воздуха, но увеличивающим массу до 85кг. Тогда условия проведения более ли менее выровнялись
#926132
25.06.2013 - 11:12
И еще, хорошо бы было в 3х точках склона замерять среднюю скорость и направление ветра и учитывать это
#926133
25.06.2013 - 11:15
Как известно, земля движется вокруг солнца, по эллиптической орбите. И соответственно солнце влияло по разному во время заездов. Это тоже надо учесть. :)
#926134
25.06.2013 - 11:16
LandLord06 [926132]: с горы тяжелый едет
быстрее это понятно, вообще, эта тема создана потому, что непонятно. Если тебе понятно, то пиши теорию с формулами почему так.
быстрее это понятно, вообще, эта тема создана потому, что непонятно. Если тебе понятно, то пиши теорию с формулами почему так.
#926142
25.06.2013 - 11:25
vpv [926142]: выше же все расписали. С формулами. Ну если не понятно было, то сейчас...
#926147
25.06.2013 - 11:34
Для сферических велосипедистов в вакууме все ясно,
В атмосфере для велосипедистов плотностью меньше = плотности воздуха тоже понятно.
Остался частный случай- велосипедист плотнее воздуха.
И предлагаю в конце спуска поставить стену.
В атмосфере для велосипедистов плотностью меньше = плотности воздуха тоже понятно.
Остался частный случай- велосипедист плотнее воздуха.
И предлагаю в конце спуска поставить стену.
#926154
25.06.2013 - 11:55
vpv [926142]: вообще, эта тема создана потому, что непонятно.
Да ладно? Основное определяющее максимальной скорости - соотношение силы лобового сопротивления и скатывающей силы (горизонтальной составляющей вектора веса). Первое пропорционально площади велосипедиста, второе - весу, соответственно второй и третьей степени "размеров" велосипедиста (если отталкиваться от веса - то первой и с показателем "2/3" степени) - соответственно максимальная скорость и ускорение для более тяжелого велосипедиста больше, площадь под графиком мгновенной скорости - тоже, соответственно, доедет до конца спуска он быстрее.
Силы трения, сопротивления покрышек качению и т.д. влияют на максимальную скорость незначительно, по сравнению с лобовым сопротивлением, от веса зависят тоже с коэффициентом пропорциональности меньше единицы, их можно вообще считать как постоянный коэффициент для оценки влияния веса на время преодоления спуска.
Да ладно? Основное определяющее максимальной скорости - соотношение силы лобового сопротивления и скатывающей силы (горизонтальной составляющей вектора веса). Первое пропорционально площади велосипедиста, второе - весу, соответственно второй и третьей степени "размеров" велосипедиста (если отталкиваться от веса - то первой и с показателем "2/3" степени) - соответственно максимальная скорость и ускорение для более тяжелого велосипедиста больше, площадь под графиком мгновенной скорости - тоже, соответственно, доедет до конца спуска он быстрее.
Силы трения, сопротивления покрышек качению и т.д. влияют на максимальную скорость незначительно, по сравнению с лобовым сопротивлением, от веса зависят тоже с коэффициентом пропорциональности меньше единицы, их можно вообще считать как постоянный коэффициент для оценки влияния веса на время преодоления спуска.
#926198
25.06.2013 - 13:24
Gunslinger [926198]: А чО тада ты али Арсен, али Гунер с горки катиться куда как быстрее мяня??? Я вас по весу всех троих вместе взятых превосхожу! нИпарядок!!!
#926215
25.06.2013 - 13:59
Rey2009 [926154]: И предлагаю в конце спуска поставить стену. Мерить разлет ошметков велосипедиста и велосипеда? Мсье знает толк...
#926239
25.06.2013 - 14:26
Gunslinger [926198]: Силы трения, сопротивления покрышек качению и т.д. влияют на максимальную скорость незначительно
ага? но ведь на полуспущенных колёсках совсем не айс педалить.
ага? но ведь на полуспущенных колёсках совсем не айс педалить.
#926248
25.06.2013 - 14:46
Короче главная движущая сила тут это СИЛА ТЯЖЕСТИ Ft. Ft=m*g*sin (a)
Значит в идеальных лабораторных условиях масса влияет прямо пропорционально. sin(a) - дает проекцию силы Ft, a - угол наклона горы. Идеальные условия, идеальный велосипед.
Значит в идеальных лабораторных условиях масса влияет прямо пропорционально. sin(a) - дает проекцию силы Ft, a - угол наклона горы. Идеальные условия, идеальный велосипед.
#926275
25.06.2013 - 16:00
Ну вот это правильно: Gunslinger [926198]:
Если свести всё, то чем ближе к старту, тем вернее вот это: Kollaider [925585]:
Далее, с набором скорости, когда сила сопротивления растет, на первый план выходит результирующая сила, как результат встречных сил сопротивления воздуха и скатывающей силы, зависящей от веса всего экипажа.
"Закон квадрата куба" работает тоже в пользу тяжелого велосипедиста.
То есть если некто начнет жрать сотнями пончики, то его вес будет прибавляться быстрее чем площадь миделя (максимального сечения перпендикулярно потоку) и сопротивление воздуха.
Остальные потери типа потерь в подшипниках и шинах зависят от массы, но сами по себе относительно невелики, и поэтому не дают существенного прироста в абсолютных значениях.
Нюансы могут быть связаны, например, с поведением рамы под людьми разного веса, а также с разной величиной потерь/ рассеивания энергии в виде тепла тушками людей разного веса.
Особенно это касается неровной дороги.
Если свести всё, то чем ближе к старту, тем вернее вот это: Kollaider [925585]:
Далее, с набором скорости, когда сила сопротивления растет, на первый план выходит результирующая сила, как результат встречных сил сопротивления воздуха и скатывающей силы, зависящей от веса всего экипажа.
"Закон квадрата куба" работает тоже в пользу тяжелого велосипедиста.
То есть если некто начнет жрать сотнями пончики, то его вес будет прибавляться быстрее чем площадь миделя (максимального сечения перпендикулярно потоку) и сопротивление воздуха.
Остальные потери типа потерь в подшипниках и шинах зависят от массы, но сами по себе относительно невелики, и поэтому не дают существенного прироста в абсолютных значениях.
Нюансы могут быть связаны, например, с поведением рамы под людьми разного веса, а также с разной величиной потерь/ рассеивания энергии в виде тепла тушками людей разного веса.
Особенно это касается неровной дороги.
#926289
25.06.2013 - 16:40
Kollaider [926289]: если некто начнет жрать сотнями пончики то это даст дополнительную реактивную тягу и полностью разрушит начальные условия эксперимента.
#926375
25.06.2013 - 20:38
Gunslinger [926198]: но создана-то была, потому что непонятно, и не верилось товарищу в преимущества тяжеловеса на спуске.
Что же до меня, то я на практике давно это наблюдаю, поэтому и сказал почему Артем легко уезжал от Сани на спусках в соседней теме. Теперь вот теорию подвели, слава богу :)
Что же до меня, то я на практике давно это наблюдаю, поэтому и сказал почему Артем легко уезжал от Сани на спусках в соседней теме. Теперь вот теорию подвели, слава богу :)
#926388
25.06.2013 - 21:10