רק בגלל הרוח

אופני נג"ש? גלגל דיסק? אירובאר? רגליים מגולחות? מה לא תעשו כדי לקצץ עוד כמה שניות מהזמן שלכם...  בכתבה זו ננסה לעשות קצת סדר במיתוסים ובאמונות (הטפלות?) סביב הנושא השני בחשיבותו בקרב רוכבי אופניים – אווירודינמיקה
Facebook
Twitter
Telegram
WhatsApp

אופני נג"ש? גלגל דיסק? אירובאר? רגליים מגולחות? מה לא תעשו כדי לקצץ עוד כמה שניות מהזמן שלכם…  בכתבה זו ננסה לעשות קצת סדר במיתוסים ובאמונות (הטפלות?) סביב הנושא השני בחשיבותו בקרב רוכבי אופניים – אווירודינמיקה

מאת:שוקי מן

 

איך הכל התחיל?

 

בשנות ה-30 המציא אדם בשם Mochet Charles את אופני ה-Recumbent ושבר בעזרתם מספר שיאי עולם. אופניים אלו נמוכים בכשליש מהאופניים הסטנדרטיים, מה שאומר שטח פנים קטן יותר והתנגדות אויר נמוכה יותר מאופניים רגילים. ארגון ה-UCI סירב להכיר בשיאים אלו בטענה כי אין מקום לשיפורים טכנולוגיים בענף האופניים כיוון שמרוץ הינו השוואה בין הרוכבים עצמם ולא בין הטכנולוגיה בה הם משתמשים.

הנושא חזר לכותרות בשנת 1973 כאשר פרופסור Chester R. Kyle ערך מחקר השוואתי בין צמיגי טיובולאר לקלינצ’ר. מחקר זה הוביל לפיתוח פרויקט מקיף עם מטרה אחת ויחידה: לחולל מהפכה טכנולוגית בכל מכלולי האופניים הסטנדרטיים שהיו מקובלים עד כה.

לקראת אולימפיאדת לוס-אנג’לס שנערכה ב-84’, החל Kyle לעבוד עם נבחרת האופניים של ארה"ב כדי להביא אותם למצב של אופטימיזציה אווירודינמית מלאה. תוכנית זו נחשבה לחדשנית כי בניגוד לשימוש המקובל במוצרים אווירודינמיים בודדים, כקסדת נג"ש או גלגל דיסק, Kyle התייחס לרוכב ולאופניים כאל גוף אחד.

למרות הצלחתו של Kyle ב-84’ (4 מדליות זהב, 3 כסף ו-2 ארד לאמריקאים) הנבחרת לא הכתה שנית ואולימפיאדת 88’ לא הוכתרה כהצלחה גדולה, אך חידושיו של Kyle, כדוגמת האירובאר ושלדת הנג"ש, נקנו ע"י חברות מסחריות ושווקו לציבור הרחב.

פיזיכיף

אזהרה! הקטע הבא מסובך והוא עלול לכלול נוסחאות, חישובים ומספרים רבים. כל הקורא עושה זאת על אחריותו בלבד!

כל רוכב מכיר את ההרגשה: מאמץ, זיעה, הרבה וואטים יוצאים מהרגלים, הדופק מטפס אך מד המהירות מסרב לעלות – נכון, רוח פנים.

כאשר גוף נע בתוך זרם אויר פועלים עליו 2 כוחות עיקריים: התנגדות חיכוך (="גרר", Frictional Drag) והתנגדות לחצים (Pressure Drag). התנגדות כח הגרר נגרמת כתוצאה מהחיכוך שנוצר בהתנגשות בין שטח הפנים של הגוף לבין זרם האוויר שבתוכו הוא נע. כח הגרר נתון בנוסחה:  כאשר: D=התנגדות כח הגרר, V=מהירות, S=שטח הגוף.

ניתן לראות שהגדלת שטח הפנים של הגוף תגרום להגדלת כח הגרר ביחס ישיר אך ככל שמהירות הגוף גדלה – כח הגרר גדל בריבוע.

התנגדות הלחץ נוצרת ממערבולות אויר הנגרמות מהפרשי לחצים הקיימים סביב גוף בתנועה. פיזיקאי בשם "ברנולי" גילה חוק האומר שככל שמהירות זרימת האוויר עולה – לחץ האוויר יורד, מה שמסביר את עקרון "כח העילוי" המיושם רבות בהטסת מטוסים. ככל שתגדל מורכבות צורתו של הגוף וזוויותיו יהיו חדות יותר – כך יגדלו ההבדלים בין מהירויות זרימת האוויר סביב צדדיו השונים של הגוף, מה שיגרום להפרשי לחצים רבים יותר ולמערבולות אויר שיֶיָצרו התנגדות גדולה יותר לתנועתו של הגוף.

איור 1: מערבולות אויר סביב כנף מטוס

צורה פשוטה – גבול חיצוני חלק ככל האפשר


צורה מורכבת – זויות רבות וגבול לא חלק

 

 

מתוך סך ההתנגדות על גופים בעלי צורה פשוטה (=בעלת גבול "חלק" ואחיד ככל האפשר כגון דג, כנף מטוס, רוכב בתנוחה אווירודינמית) – תהיה התנגדות כח הגרר דומיננטית יותר מאשר התנגדות הפרשי הלחצים. כאשר מתייחסים לגופים "מורכבים" יותר כלבנת בנין או רוכב בתנוחה לא-אווירודינמית, הפרשי הלחצים על הגוף יהיו גדולים יותר ומתוך סך ההתנגדות הכוללת הם יהיו הדומיננטיים.

לפי האמור לעיל, אם ניקח שני גופים בצורת D ו-B, שניהם נעים באותה מהירות, בעלי אותו שטח פנים, אותו גובה ואותו רוחב – צורתה ה"פשוטה" של D גורמת להפרשי לחצים נמוכים יותר ובכך גדלה האווירודינמיות שלה לעומת B.

לשבת, לקום. לשבת!


כל אחד מבין שרכיבה בתוך פלוטון תחסוך ממנו את המאבק מול הרוח, אבל מה לגבי הרוכבים הקדמיים? האם גם הם ירוויחו מהעניין? מסתבר שכן. מחקרים בדקו ומצאו שכאשר מבצעים דראפטינג התנגדות הרוח פוחתת גם מהרוכב שנמצא מלפנים.

באיור 2 מתואר גרף המתאר את עוצמת ההתנגדות כפונקצית המרחק בין הרוכבים. הגרף השמאלי מתייחס לרוכב המוביל ואילו הימני מתייחס לרוכב ש"יושב" עליו. CD מתאר את התנגדות כח הגרר ו-CLF מתאר את התנגדות הפרשי הלחצים.

ניתן לראות בבירור שכל עוד המרחק בין הרוכבים לא עולה על אורכם של זוג אופניים – ההתנגדות על שני הרוכבים פוחתת בצורה משמעותית.


"קסדה בראש, טוב?!"

את הטור דה פראנס של 1989 איש לא ישכח.
לורן פיניון מקדים את גרג למונד ב-50 שניות בדירוג הכללי, פער בלתי ניתן לצמצום ביומו האחרון של המרוץ – תחרות נגד השעון ברחובות פאריס. למונד בחר לרכוב עם קסדה אווירודינמית וכידון מיוחד של Scott שהורכב על הכידון הרגיל שלו. פיניון לעומתו, רכב עם כידון רגיל וללא קסדה כלל. איש לא פקפק בניצחונו של פיניון אך למונד צמצם את פער ה-50 שניות שהיה ביניהם ונצח את התחרות בהפרש של 8 שניות בלבד.

סטיב הד (Hed), בעל חברת הגלגלים HED וגורו עולמי לעניני אווירודינמיות, שִחזר במנהרת רוח את אותו שלב סנסציוני, ומהניסוי שערך עולה כי ללמונד היה יתרון אווירודינמי של 22% לעומת פיניון. Hed אמנם הזניח את ההבדל בבחירת הגלגלים השונה אולם תוצאותיו מראות כי 17 מתוך 22 אחוזי היתרון של למונד נבעו מכך שלבש קסדה ייעודית למרוצים נגד-השעון.

לקסדת נג"ש יש את אותו שטח פנים כמו לראש חשוף ואין הבדל גדול בהתנגדות כח-הגרר אולם חלקה האחורי של הקסדה, המשוך אחורנית, מצמצם את מערבולות האוויר סביב ראשו של הרוכב, מפחית את התנגדות-הלחצים ובכך מגדיל את האווירודינמיות שלו.

מה הפרופיל שלך?


בחירת גלגל נכון לתחרות יכולה להפוך מפסיד למנצח. ככל שפרופיל הגלגל יהיה גבוה וחד יותר הוא "יחתוך" את הרוח בצורה יעילה יותר והתנגדות כח הגרר תרד. א-ב-ל, וזה אבל גדול – עובדה זו נכונה רק בתנאי מעבדה כאשר מזניחים את רוחות הצד (Cross-Winds) הקיימות בתנאי רכיבה רגילים. רוחות אלו קיימות בכל פעם שאנחנו רוכבים בחוץ אם כי לא תמיד הם מורגשות. הנתון שיקבע אם נרגיש את ההתנגדות או לא הוא זווית הפגיעה של הרוח.

במחקרים שנערכו ע"י חברת הגלגלים ZIPP נמצא כי ב-90% מהמקרים הרוח מגיעה בזוית של 15 מעלות לכיוון הרכיבה. לדברי המפתח הראשי של החברה,Josh Poertner, צורת החישוק היא זו שצריכה להילקח בחשבון כאשר באים לבחור גלגל איכותי, בניגוד לדעה הרווחת בציבור שככל שהחישוק בעל פרופיל גבוה יותר כך הוא יותר אווירודינמי. לדבריו של Josh, צורת חישוק נכונה תסיט את כיוון הזרימה של הרוח ותשפר את האווירודינמיות ב-25% יותר מגלגל דומה בעל אותו פרופיל.

 

באיור 3 מוצגים חישוקים בעלי אותו פרופיל אך צורתם שונה. ניתן לראות כי החישוק השמאלי אווירודינמי יותר כיוון שהוא מונע את מערבולות הרוח הקיימות בחישוק הימני.

Josh מוסיף שגלגלי קרבון בעלי 4,3 ו-5 שפיצים נראים טוב, ואולי אפילו יעילים במבחני מנהרות-רוח אבל במציאות, כאשר מרכיבים את הגלגל על מזלג האופניים, הנתונים מתהפכים: "כאשר השפיצים הרחבים עוברים בתוך המזלג הם יוצרים התנגדות משמעותית המבזבזת לרוכב וואטים רבים".

גרף 4 מתאר את כח הגרר ביחס לכיוון הרוח. כיוון שמהירויות שונות יתנו התנגדות שונה נבדקו מהירויות הרלוונטיות עבור רוכבים תחרותיים ורוכבי סוף-שבוע (48 ו-32 קמ"ש. בהתאמה)

 הגלגלים שנבדקו הם: גלגל רגיל עם 28 שפיצים, גלגל עם חישוק של 58 מ"מ, 81 מ"מ וגלגל דיסק-מלא.

מהגרף ניתן לראות בבירור שכח הגרר הפועל על גלגל רגיל בעל 28 שפיצים (קו אדום) גדול בהרבה מהכח הפועל על גלגלים בעלי פרופיל גבוה. גלגל הדיסק (כחול) הינו בעל ההתנגדות הנמוכה ביותר ואילו יעילותו של גלגל בעל פרופיל 81 מ"מ (ירוק) תורגש רק במקרים שזווית הפגיעה של הרוח אינה עולה על 10 מעלות.

חשוב לזכור כי מדובר פה בהתנגדות כח הגרר בלבד ולא הובאו בחשבון מערבולות הרוח והתנגדויות הלחצים הנוצרות מהן.

הרוח שבקצה המנהרה


לאנס ארמסטרונג, נורמן סטדלר ומטוס F16, שלושתם ספורטאי צמרת. חוץ מה-16F כמובן…

אז מה בכל זאת הגורם המשותף ביניהם?

מנהרת הרוח שבסן-דייגו (San-Diego LSWT) נבחרה על-ידי גורמים רבים למקום האידיאלי לביצוע מבחני אווירודינמיות. חיל-האוויר האמריקאי, חברת בואינג ורוכבי אופניים רבים הם אלו שהביאו את המקום הזה למקצוענות של למעלה מ-100,000 שעות בדיקה. בתוך מנהרת הרוח ישנו משטח עגול, עליו מותקן טריינר ארגומטרי משוכלל המאפשר למדוד את ייצור הוואטים והאווירודינמיות של הרוכב בזויות שונות של רוחות צד. מול הרוכב מותקן מסך המציג נתונים כמו התנגדות הרוח, וואטים ומהירות. המסך מאפשר לרוכב לשחק עם פוזיציית הרכיבה ולראות את השפעת השינוי בזמן אמת.

תן לו בחליפה


לחליפת נג"ש ישנה חשיבות עליונה בהפחתת התנגדות הרוח. החליפה עשויה מחומר מיוחד המצמצם את החיכוך שנוצר כתוצאה מהתנגשות הרוח ברוכב. מומחים רבים טוענים שהישגי נבחרת השחייה של ארה"ב באולימפיאדת ביג’ינג נבעו בזכות חליפות השחייה המיוחדות שלהם, המפחיתות את החיכוך במגע בין המים לגוף השחין. חשוב לזכור שעקרונות התנועה בתוך נוזל שווים לעקרונות התנועה בזרם אויר כאשר ההבדל העיקרי ביניהם הינו צמיגות החומר.

ויודה יודה יא יודה…


יהודה גרשוני, ישראלי, בעברו רוכב-מקצוען בקבוצות בינ"ל, חושף מעט מסודות המקצוע: "כמו כל רוכב "צמרת" ישראלי גיליתי שבחו"ל אני לא שווה הרבה, בעליה הכבדה הראשונה התפרקתי וסיימתי בדקות איחור רבות. הסיבה פשוטה מאוד: בישראל מתחרים אחד בשני אך לא נגד המתחרה העוין ביותר: השעון. רוכב שאינו בכושר לא יכול לצפות לניסים. רוכב עילית בזמני, שנות ה-80, עם כושר ממוצע מינוס בנג"ש, רכב 20 ק"מ ב-27 דקות. אני רכבתי ב-26. היום יש להוריד כדקה. מי שרוצה להיות כל כך חזק צריך לוותר על כל הנאות החיים ולחיות כמו כלב 10 שנים! על הרוכבים לסמן איזה מסלול, 10 ק"מ בדיוק, לא בערך, להתאסף כל שבוע, לרכב הלוך וחזור ולבדוק מי שווה מה".

הכה את המומחה

כדי להצליח בקטעי נג"ש דרושות יכולות שונות מאלו הקיימות אצל רוכבי הכביש הרגילים. יכולת אירובית ואנאירובית היא מצרך בסיסי הדרוש לכל רוכב אבל כשמדובר בשענים, נחוץ גם כושר מנטלי המאפשר להתרכז במטרה ולתת את כל 110 האחוזים הקיימים בגוף. בראיון שנערך לקראת הטור-דה-פראנס האחרון נותן כריס קרמייקל, מאמנו המיתולוגי של לאנס ארמסטרונג, מספר טיפים ועצות להצלחה: "במסלול הקצר של שלבי הנגד-שעון אין מקום לטעויות. חוסר הריכוז הקטן ביותר יכול לקחת ממך את הפודיום". כריס סבור כי שרירי הגב מהווים עקב אכילס עבור טריאתלטים רבים: "תנוחת הישיבה ברכיבת נגד-שעון אינה טבעית, וכדי להצליח במרוץ עליך להרגיש בנוח עם תנוחה זו. לרוכבים רבים יש אמנם את הכח הדרוש לניצחון אך גבם החלש אינו נותן להם תמיכה מספקת והם לא מצליחים לייצר את הכח הזה לאורך זמן". קרמייקל ממליץ להתחיל בקטנה: "תרגילי "גשר", פשיטת גב לאחור ותרגילי יציבות על כדור גומי הם תרגילים בסיסיים שכל רוכב חייב לבצע. עם כל זאת, חשוב לזכור שהעבודה חייבת להיות במקביל גם על שרירי הבטן כדי לא להגיע למצב של חוסר איזון בין צדדי הגוף השונים".

אחרי תרגילי היציבות הבסיסים במכון הכושר ממליץ קרמייקל לעלות על האופניים ולעבוד על העברת כח נכונה ויעילה: "רוב הכח המועבר לפדלים מיוצר בחציה הראשון של התנועה – הדחיפה. התנוחה האווירודינמית גורמת לשרירי העכוז האחוריים לעבוד קשה יותר מאשר ברכיבת כביש רגילה, בה פועלים הארבע-ראשי וההמסטרינגס (שרירי הירך. ש.מ.)".

כדי לשפר את יכולות הרכיבה בנגד-שעון קרמייקל ממליץ על שלושה תרגילים עיקריים:

פידול עם רגל אחת: תרגיל זה נועד לשפר את יעילות יצור הכח גם ב"נקודה המתה" של הפידול (שעות 5-7 ו-11-1). יש לבצע חימום ראוי ולאחריו יש לפדל עם רגל אחת ב-50-60 סל"ד. אחרי כ-30-60 שניות יש לחזור על הפעולה עם הרגל השנייה ואז לחזור לפידול מהיר (100-110 סל"ד) בשתי הרגליים למשך 2-4 דקות. על התרגיל יש לחזור כ-3-4 פעמים תוך כדי הקפדה על הפעלת כח שווה לאורך כל תנועת הפידול.

דיווש בעומס: תרגיל זה ניתן לביצוע בעליות מתונות, מול רוח פנים או על טריינר ביתי. הרעיון הוא לפדל בסל"ד של 55-65, מה שלא מאפשר לדופק לעלות, ולהתמקד בהפעלת כח רציפה לאורך כל התנועה מבלי להיעזר במומנטום הקיים בדיווש בסל"ד מהיר. בהתחלה, בגלל ההילוך הכבד והעומס על השרירים, פעולת הדיווש תהיה קצת קטועה אך עם הזמן כדאי לשלב את הטכניקה מהתרגיל הקודם ולנסות לדווש ביעילות גם ב"נקודה המתה".

כח מתפרץ: את התרגיל הבא יש לבצע על הילוך "כבד" (כגון: 53/11). עליך לרכב בצורה נינוחה (כ-8 קמ"ש) ואז לקום בבת אחת מהאוכף תוך כדי סיבוב הפדלים בכל הכח במשך כ-10 שניות. על התרגיל יש לחזור כ 3-8 פעמים (תלוי ביכולת) כאשר בין כל חזרה חובה לחזור לנקודת המוצא למשך 5 דקות לפחות על-מנת להגיע להתאוששות מלאה. תרגיל זה מפעיל עומס רב על הברכיים ולכן אין לבצעו לפני שבצעתם את התרגילים הבסיסים.

להלן "6 הדברות" של כריס קרמייקל לתנוחת נג"ש נכונה:

1: באופן כללי, תנוחת הרכיבה צריכה להיות קדימה וכלפי מטה על-מנת להיות כמה שיותר מכווץ ולהתפרס על כמה שפחות שטח.
2: מאחר והרוכב יושב יותר קדימה מאשר ברכיבת כביש רגילה – האוכף זז קדימה וה"אף" שלו מוטה בזוית למטה.
3: מוט הכסא מוגבה כדי לאפשר את הישיבה האווירודינמית.
4: ידיות האירובאר מקבילות לרצפה וקרובות אחת לשנייה ככל האפשר.
5: כאשר הרגל נמצאת למטה (בשעה 6) היא אינה ננעלת וישנו כיפוף קל בברך.
6: המרפקים והכתפיים מכופפים בזוית של כ-90 מעלות.

 

 


תן טיפ לקמצן (ולעצלן)

לא רוצים להתאמן? לא רוצים להוציא כסף על מוצרים אקסלוסיבים? גם אנחנו!

Kyle ערך טבלה שבה נבדק השיפור האווירודינמי לעומת המחיר שתאלצו לשלם עבור התענוג.

גילוח רגליים יקנה לכם יתרון אווירודינמי של 2.8%, מה שאומר קיצוץ של 5 שניות מהתוצאה שלכם ל-40 ק"מ. אם תחליטו להוריד את הבקבוקים ומחזיקי הבקבוק תגלחו 26 שניות נוספות, וכל זה בלי להוציא שקל!

קסדת נג"ש ייעודית וגלגל קדמי אווירודינמי יחסכו לכם יותר מדקה וחצי, והיחס בין העלות לתועלת שתקבלו הינו 32%.

חליפת נג"ש חוסכת 29 שניות נוספות, עם יחס עלות-תועלת של 56%, מה שאומר שתאלצו להיפרד מכ-700 שקל בכדי להיות אוירודינמיים ב-3.2% יותר מיריבכם הלבוש בבגדי רכיבה רגילים.

כדי להשיג את אותו יתרון אווירודינמי (3.6%) תוכלו לרכוש גלגל-דיסק אחורי אך התענוג יעלה לכם כ-4000 שקל – יחס עלות תועלת של 280%!

הכתבה באדיבות אתר מגזין אופניים



אנו מכבדים זכויות יוצרים ועושים מאמץ לאתר את בעלי הזכויות בצילומים המגיעים לידינו. אם זיהיתם בכתבות או בפרסומי שוונג צילום שיש לכם זכויות בו, אתם רשאים לפנות אלינו ולבקש לחדול מהשימוש בו או לבקש להוסיף את הקרדיט שלכם בדוא"ל: [email protected]

קראתם? השאירו תגובה...

כתבות אחרונות באתר

פודקאסטים מומלצים

אירועים קרובים

טורים

ציטוט השבוע

"כשמישהו אומר לי שאני לא יכולה לעשות זאת, אני פשוט לא מקשיבה לו", פלורנס גריפית ג'וניור



הטוויטר שלנו

ערוץ הוידאו של שוונג