Aerodinâmica
Todos os ciclistas têm que vencer o vento. A maioria das bicicletas
de lazer, nas quais o ciclista sentam eretos, tem uma pobre aerodinâmica.
Enquanto as novas bicicletas são projetadas tendo-se em mente
a aerodinâmica, o corpo humano não é bem "projetado"
para cortar o ar. Os corredores de bicicleta estão cientes do
problema da resistência do ar e, através dos anos, têm
desenvolvido técnicas para reduzi-la. Os projetistas de bicicleta
e inventores têm feito experiências no desenvolvimento de
projetos de bicicletas alternativas e HPVs ("Human-Powered Vehicles
- "Veículos Movidos a Força Humana"), com ênfase
numa melhor performance aerodinâmica.
Resistência do Vento
Todo ciclista que já tenha pedalado com um forte vento contra,
conhece a resistência do vento. É exaustivo! Para se mover
adiante, o ciclista deve forçar o caminho através da massa
de ar em frente. Isso gasta energia. Eficiência aerodinâmica
- um formato que corta o ar mais suavemente - permite ao ciclista se
deslocar mais rápido, com menos esforço. Mas quanto mais
rápido o ciclista se desloca, mais resistência do vento
ele sofre e mais energia ele deve gastar para vencê-la. Quando
estão competindo, os ciclistas visam atingir altas velocidades,
eles não se concentram apenas em maior potência, mas também
em maior eficiência aerodinâmica.
O arrasto aerodinâmico (força contrária ao deslocamento)
consiste de duas forças: o arrasto da pressão do ar e
o atrito direto (também conhecido como atrito de superfície
ou atrito da pele). Um objeto irregular, pouco aerodinâmico, agita
o ar que flui em volta dele, forçando o ar a se separar da superfície
do objeto. As regiões de baixa pressão atrás do
objeto provocam uma pressão de arrasto contra ele. Com alta pressão
na frente e baixa pressão atrás, o ciclista é,
literalmente, empurrado para trás. Projetos aerodinâmicos
ajudam o ar envolver mais suavemente esses corpos e reduzem o arrasto
de pressão. O atrito direto ocorre quando o vento entra em contato
com a superfície externa do ciclista e da bicicleta. Os ciclistas
de competição usam, freqüentemente, "skinsuits" (camisas
coladas à pele), com o objetivo de reduzir o atrito direto.
O atrito é um fator menos importante do que o arrasto da pressão
do ar. Numa estrada plana, o arrasto aerodinâmico é, de
longe, o maior obstáculo à velocidade do ciclista, representando
70 a 90 porcento da resistência sentida enquanto se pedala. A
único obstáculo maior é subir uma ladeira: o esforço
necessário para pedalar ladeira acima, contra a força
da gravidade, supera de longe o efeito da resistência do vento.
Charley "Mile-a-Minute" Murphy foi um ciclista de competição,
nos primódios do ciclismo. O seu feito de "uma-milha-em-um-minuto"
foi realizado em 1899. Nessa época ele se deslocava mais rápido
do que o mais rápido automóvel. Note o grande "para-brisa"
no trem em frente a ele, o qual reduzia muito a resistência do
vento.
Calcule o Arrasto e a Potência
de Propulsão de um Ciclista
Notas:
- Velocidade: é a sua velocidade (Km/h) como lida
em um velocímetro.
- Velocidade do Vento (Km/h): é negativa (-) se o
vento é a favor; e positiva (+) se o vento for contra (relativa
ao chão).
- Peso: seu peso em Kg.
- Angulo: é o angulo, em graus, de subida. 0 é
plano, 90 é uma parede vertical.
- Clique no botão "Calcular" e verifique a força de
arrasto e a potência requerida para mante-lo movendo-se a
uma velocidade constante.
- Foram feitas algumas considerações, a fim de simplificar
o cálculo. Por exemplo, esta calculadora não leva
em conta a posição do corpo (ou tamanho) do ciclista,
em relação à resistência do vento. Além
disso, outros fatores, tais como o coeficiente de atrito, são
fixos. Também, se você entrar com dados não
realísticos, você obterá resultados não
realísticos. Finalmente, saiba que para o cálculo
de "Calorias por minuto" foi assumido que o corpo humano é
100% eficiente - o que não é o caso (20% é
uma eficiência mais aproximada). Para resultados mais precisos
multiplique a "Calorias por minuto" por 5.
Reduzindo a Resistência
Construtores e projetistas de quadros têm trabalhado para criar
projetos mais eficientes aerodinamicamente. Alguns projetos recentes
se concentraram em mudar de tubos redondos para tubos ovais ou "tear-shaped"
("formato de lágrima"). Existe um delicado ponto de equilíbrio
entre a manutenção de uma boa relação peso-resistência
e a melhoria da eficiência aerodinâmica. Aperfeiçoamentos
nas rodas representaram, talvez, o maior impacto. Uma roda raiada padrão
tem sido descrita como um "batedor de ovos", criando muitos redemoinhos
pequenos enquanto a roda gira, provocando arrasto. As rodas com disco,
geralmente mais pesadas que as rodas com raios, produzem menos arrasto
do vento e menos turbulência quando giram.
Enquanto as melhorias dos quadros e componentes aumentaram a performance
aerodinâmica, o ciclista é o maior obstáculo para
uma melhora dramática. O corpo humano não é muito
aerodinâmico. A posição do corpo é importante;
os ciclistas de estrada usam os guidons baixos ("drop bars") para possibilitar
a redução de sua área frontal, o que ajuda a reduzir
a resistência que eles têm que vencer. A redução
da área frontal ajuda aos ciclistas aumentar sua velocidade e
eficiência. Somando-se à posição, pequenos
detalhes, como as roupas, pode também fazer uma grande diferença
na redução do "atrito da pele". Roupas justas de tecidos
sintéticos são usadas por quase todos os ciclistas profissionais,
tanto de estrada quanto de mountain biking. Muitos ciclistas recreativos
também estão vestindo roupas de ciclismo para melhoras
na aerodinâmica, bem como no conforto.
O Vácuo
O "vácuo" é uma importante técnica nas provas
de estrada. O Cientista Senior do Exploratorium, Paul Doherty, explicou,
"o ciclista, enquanto se desloca através do ar, produz uma esteira
de turbulência atrás dele. Isso provoca vórtices.
Os vórtices geram uma área de baixa pressão atrás
do ciclista e uma área de vento que se move com o ciclista. Se
você é um ciclista perseguidor e pode se posicionar na
"vácuo" do ciclista da frente, você pode tirar vantagem.
A baixa pressão move você para a frente e os redemoinhos,
também, empurram você para a frente".
Surpreendentemente, o vácuo não apenas ajuda o ciclista
que segue o líder, mas o ciclista líder também
tira vantagem. Paul explicou, "o interessante é que ocupando
o redemoinho provocado por uma pessoa na sua frente, você melhora
a performance dessa pessoa também. Portanto, duas pessoas juntas
podem consumir menos energia do que gastariam individualmente, para
uma mesma distância percorrida no mesmo espaço de tempo".
O ciclista da frente, mesmo tirando alguma vantagem nessa situação,
gasta muito mais energia do que o ciclista que o está seguindo.
Numa prova de estrada, os ciclistas se juntam em um grupo, conhecido
como pelotão, ou ficam em linha ("pace line"). Os ciclistas que
fazem parte do grupo podem economizar até 40 porcento no gasto
de energia, em relação ao ciclista que não está
no "vácuo" do pelotão. Para tirar proveito do "vácuo",
um ciclista precisa ficar o mais perto possível da bicicleta
da frente. Quanto menor a distância maior a diminuição
da resistência do vento.
No mountain biking o "vácuo" parece ser menos importante. A
campeã americana de cross-country, Ruthie Matthes explicou, "no
mountain biking, o "vácuo" não tende a ser um fator decisivo.
As velocidades são menores (do que nas provas de estradas) e
a resistência ao rolamento é maior. O "vácuo" ajuda
no aspecto mental, mantendo o ritmo com alguém na sua frente.
Mas quanto a gastar menos energia, não é realmente um
fator relevante". Além da resistência ao rolamento e das
velocidades mais baixas, as curvas e o sobe-e-desce da maioria dos percursos
de mountain biking tornam o "vácuo" extremamente difícil.
Bicicletas Tipo "Recumbent" e HPVs
 O
"vácuo" nem sempre é uma opção e os seus
benefícios são limitados. A maneira mais fácil
de vencer a resistência e reduzir o arrasto é tornando-se
mais aerodinâmico. Nos projetos "recumbents", os ciclistas pedalam
numa posição sentada (figura ao lado), o que dá
à bicicleta um perfil mais baixo e a torna mais eficiente aerodinamicamente.
As bicicletas "recumbents" circulam há mais de 100 anos, apesar
de nunca terem gozado da popularidade da bicicleta normal, a qual permanece
como o projeto que as pessoas associam à bicicleta.
O veículos movidos à força humana (HPV), tornaram-se
popular durante os anos 70. Nesses anos a popularidade das bicicletas
atingiram um novo pico e dois embargos de petróleo da OPEP aumentaram
a conscientização pública acerca dos meios alternativos
de transporte. A maioria dos HPVs usam um projeto "recumbent" e uma
leve carenagem externa, para tornar o veículo mais aerodinâmico
e reduzir o "atrito de pele". Os HPVs podem se deslocar em altas velocidades.
O recorde mundial é de 200 metros percorridos a 68 milhas por
hora (109 Km/h).
As "recumbents" detêm muitos recordes de velocidade e de resistência
e são muito confortáveis de pedalar. São tão
eficientes que muitas provas não permitem a participação
delas, por medo de que os ciclistas nos projetos tradicionais estejam
em desvantagem. Existem umas poucas desvantagens no projeto "recumbent".
Uma delas é o custo; as "recumbents" não são produzidas
em massa e custam mais que as bicicletas tradicionais. Além disso,
as "recumbents" são difíceis de serem vistas na estrada
- a maioria dos usuários usam uma bandeira de segurança,
de cor laranja, para que os motoristas possam evita-los mais facilmente.
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