Angara.Net

Аэродинамика. Зависимость скорости велосипедиста на спуске с горы от его массы

Кокоуров Василий / @Stirliz85
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
Сергей Смирнов / @Kollaider
И вообще, у человека активная терморегуляция. Так что с температурой - никак.
#925677
24.06.2013 - 16:03
Игорь Дмитриев / @Orange12
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).
#925678
24.06.2013 - 16:06
Кокоуров Василий / @Stirliz85
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.
#925685
24.06.2013 - 16:15
Владимир Кузьмин / @kv
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.
#925687
24.06.2013 - 16:18
Игорь Дмитриев / @Orange12
kv [925687]: Мне казалось, что подобные факторы как раз в Cx содержатся.
#925689
24.06.2013 - 16:24
Владимир Кузьмин / @kv
Orange12 [925689]: тебе показалось. Это очень нелинейные факторы, сильно зависящие от скорости, потому в коэффициент их не спрячешь.
#925696
24.06.2013 - 16:38
Сергей Смирнов / @Kollaider
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.
#925697
24.06.2013 - 16:39
Игорь Дмитриев / @Orange12
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
Сергей Смирнов / @Kollaider
Orange12 [925699]: Не, с воздухом сложновато.
Моделируют на очень неслабых чумовых компьютерах, и даже после них всё равно дуют.
#925702
24.06.2013 - 16:46
Кокоуров Василий / @Stirliz85
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
Кокоуров Василий / @Stirliz85
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
Шамрат Х / @Logrus
Разговор идет к сферическому велосипедисту в вакууме :)
#925730
24.06.2013 - 17:20
Владимир Кузьмин / @kv
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
Владимир Кузьмин / @kv
Logrus [925730]: Не, в вакууме не пойдет, каждый велосипедист характеризуется ещё МПК :)
#925733
24.06.2013 - 17:22
Кокоуров Василий / @Stirliz85
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
Сергей Смирнов / @Kollaider
Logrus [925730]: А зачем ему тогда велосипед?

Пусть катится!
#925739
24.06.2013 - 17:26
Кокоуров Василий / @Stirliz85
Logrus [925730]: В том-то и дело, что не в вакууме, а в воздушной среде, будь она неладна
#925740
24.06.2013 - 17:27
Шамрат Х / @Logrus
Ну тогда надо футбольный мяч и шар для боулинга спустить с одной горки. Вот и весь эксперимент. :)
#925741
24.06.2013 - 17:28
Кокоуров Василий / @Stirliz85
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?
#925743
24.06.2013 - 17:30
Сергей Смирнов / @Kollaider
А мы вообще-то что выясняем?
Моделируем поведение велосипедиста в вакууме?
#925805
24.06.2013 - 20:04
Кокоуров Василий / @Stirliz85
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
Сергей Смирнов / @Kollaider
Stirliz85 [925811]: Не увеличится, стопудово.
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
Кокоуров Василий / @Stirliz85
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
Сергей Смирнов / @Kollaider
Stirliz85 [925822]: Пишут, что нужна специальная пена. "На основе гелия или водорода".

О це дело.

Тока надо свинцовые щузы. Штоп не улететь.
#925845
24.06.2013 - 21:14
Николай Тарасов / @curare
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.
Файл: /1 kb/.gif
#925881
24.06.2013 - 22:09
Игорь Дмитриев / @Orange12
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.
#925917
24.06.2013 - 22:42
Николай Тарасов / @curare
Orange12 [925917]: В теоретической физике не силен со школы. Попытался уловить суть.
#925929
24.06.2013 - 22:49
Денис Ко / @DenTwo
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
Евгений Мартыненко / @Gunslinger
Сколько людей не знающих физику в одной теме..
0_о
#926070
25.06.2013 - 03:32
Кокоуров Василий / @Stirliz85
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
Дмитрий Сергеевич / @LandLord06
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
Денис Ко / @DenTwo
Во еще один…
#926114
25.06.2013 - 10:35
Амператар Галахтике / @LT
а еще разница во времени заездов - влияние приливов и отливов не учли...
#926127
25.06.2013 - 11:00
Дмитрий Сергеевич / @LandLord06
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
Дмитрий Сергеевич / @LandLord06
И еще, хорошо бы было в 3х точках склона замерять среднюю скорость и направление ветра и учитывать это
#926133
25.06.2013 - 11:15
Шамрат Х / @Logrus
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
Павел Воробьёв / @vpv
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.
#926142
25.06.2013 - 11:25
Дмитрий Сергеевич / @LandLord06
vpv [926142]: выше же все расписали. С формулами. Ну если не понятно было, то сейчас...
#926147
25.06.2013 - 11:34
Андрей Швецов / @Rey2009
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.
#926154
25.06.2013 - 11:55
Евгений Мартыненко / @Gunslinger
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.
#926198
25.06.2013 - 13:24
Иван Майоров / @Dizel
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
Кокоуров Василий / @Stirliz85
Rey2009 [926154]: И предлагаю в конце спуска поставить стену. Мерить разлет ошметков велосипедиста и велосипеда? Мсье знает толк...
#926239
25.06.2013 - 14:26
Амператар Галахтике / @LT
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.
#926248
25.06.2013 - 14:46
Дмитрий Сергеевич / @LandLord06
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.
#926275
25.06.2013 - 16:00
Дмитрий Сергеевич / @LandLord06
вот )
#926279
25.06.2013 - 16:17
Сергей Смирнов / @Kollaider
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.
#926289
25.06.2013 - 16:40
Владимир Кузьмин / @kv
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
Павел Воробьёв / @vpv
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 :)
#926388
25.06.2013 - 21:10
Шамрат Х / @Logrus
Еще пара десятков страниц в том же духе, и можно будет защищать диссер. :)
#926404
25.06.2013 - 21:29