آیرودینامیک در دوچرخه سواری

مترجم : فرید اسکندری نیا
منبع : اینجا
—————————-

مقدمه مترجم : داشتم تو اینترنت ول میگشتم که برای اولین بار یه سایت علمی نظرمو جلب کرد. یادم میاد گاهی سر کلاس سیالات از خواب بیدار میشدم و میدیدم دارن راجع به آیرو دینامیک حرف میزنن.همش مثال از هواپیما و اجسام پرنده ی عجیب غریب میزدن که به خیال خودشون به درک مطلب کمک کرده باشن. ازاون جایی که منم جزو ادمایی بودم که خیلی سفینه ی فضایی و این جور چیزا ندیده بودم گاهی مثالها برام از خود درس پیچیده تر میشد. اون زمان فکر میکردم آیرودینامیک فقط تو ساختن طیاره و بشقاب پرنده مهمه! تا این که این سایتو دیدم. دیدم که یه دوچرخه ی ساده که همه ی ما چند تا شو دیدیم و یا داریم! کلی نکته ی آیرودینامیکی داره. به کمک چهارتا کلمه ای که از انگلیسی بلد بودم و ۱۰۰ تا نرم افزار ترجمه ی جور واجور! یه ترجمه ای ازش در اوردم. متن اصلی هم برای بروبچ TOEFLگذاشتم تا مجبور نشن ترجمه ی منو بخونن.
در ضمن یه برنامه تو این سایت هست که باهاش میتونین مقاومت هوا رو در برابر حرکت خودتون حساب کنین.

هر دوچرخه سواری باید مقداری انرژی صرف مقابله با مقاومت هوا بکند. دوچرخه سوارهای تفریحی که صاف روی زین دوچرخه می نشینند وضعیت آیرودینامیکی خیلی بدی دارند. وقتی که دوچرخه های جدید با وضعیت آیرو دینامیکی بهتری طراحی شدند مشکل اصلی مقاومت بدن انسان در برابر هوا هنوز باقی مانده بود. بدن انسان اصلا از آیرودینامیک خوبی برخوردار نیست و نمی تواند به راحتی هوا را شکاف دهد. دو چرخه سوارهای حرفه ای به خوبی از مقاومت هوا اگاه هستند ودر طول سال ها راه هایی برای کاهش آن پیدا کرده اند. طراحان دوچرخه ومخترع ها با استفاده از تجربه های خود دو چرخه هایی با آیرودینامیک بهتر ساخته اند.

مقاومت هوا

هر دو چرخه سواری که بر خلاف جهت یک باد شدید پدال زده باشد به خوبی اثر مقاومت هوا را درک کرده است. اینکاربسیار خسته کننده است! دوچرخه سوار برای جلو رفتن باید هوای روبه روی خود را کنار بزند که مستلزم مصرف انرژی زیادیست. یک جسم آیرودینامیک وخط جریانی شده میتواند به آرامی از بین هوا عبور کند بدون آنکه تلاطم زیادی در هوا ایجاد کند. بنابراین دوچرخه سوار میتواند سریع تر و با تلاش کم تر حرکت کند.
هر چه دوچرخه سوار سریع تر حرکت کند مقاومت هوای بیشتری را تجربه میکند وباید انرژی بیشتری را صرف غلبه بر مقاومت هوا کند. بنا براین وقتی دوچرخه سوارها برای رسیدن به سرعت های بالا تلاش میکنند علاوه بر قدرت، آیرودینامیک هم تاثیر زیادی بر کار آن ها دارد.
درگ(مقاومت هوا)شامل دو بخش است؛ درگ فشاری ودرگ اصطکاکی. یک فیزیک نامناسب، برای عبور هوا از اطراف خود، ایجاد مزاحمت میکند. لبه های تیز باعث میشود که جریان هوا نتواند سطح جسم را دنبال کند و باعث جدا شدن هوا از سطح جسم می شود. جدا شدن هوا از پشت جسم وتبعیت نکردن آن از سطح جسم باعث ایجاد فشار کم در پشت جسم خواهد شد. فشار زیاد در جلو وفشار کم در عقب باعث میشود که جسم به عقب کشیده شود. این همان درگ فشاری است.
درگ اصطکاکی به دلیل چسبندگی هوا اتفاق می افتد. وقتی بادی میخواهد از اطراف دوچرخه و دوچرخه سوار عبور کند به دلیل چسبندگی هوا درگ اصطکاکی بوجود می آید. دوچرخه سوار ها برای کاهش درگ اصطکاکی از لباس هایی استفاده می کنند که چسبندگی کمتری با هوا دارند.دراینجا درگ اصطکاکی کمتر از درگ فشاری است.
در یک جاده ی صاف نیروهای آیرودینامیک بیشترین مقاومت را در برابر حرکت دوچرخه ایجاد می کنند. چیزی حدود ۷۰تا ۹۰ درصد مقاومت در برابر حرکت را این نیروها تشکیل می دهند.
فقط در زمانی که دوچرخه سوار در حال طی کردن یک مسیر سر بالایی است، بیشتر انرژی صرف غلبه بر نیروی گرانش می شود ومقاومت هوا در ردیف بعدی قرار می گیرد.
(در سایت جدولی وجود دارد که با وارد کردن اطلاعات خواسته شده می تواند مقاومت هوا را در برابر حرکت یک دوچرخه سوار پیدا کند.البته محاسبات تقریبی است ولی دید خوبی در مورد مقاومت هوا می دهد)

کاهش مقاومت هوا

طراحان بدنه وقاب دوچرخه کارهایی برای دستیابی به آیرودینامیک بهتر انجام داده اند. مثلا به جای میله های گرد از میله های بیضی یا تخم مرغی شکل(به شکل اشک) استفاده کرده اند. این شکل ها بالانس خوبی بین نیروهای آیرودینامیک و وزن دو چرخه ایجاد می کنند.
در چرخ های پره دار معمولی پره های چرخ هنگام چرخش باعث ایجاد اغتشاش در جریان هوا شده وباعث افزایش مقاومت هوا می شوند. چرخ های دیسکی مقاومت کمتری دارند البته وزن آن ها بیشتر است.
زمانی که بدنه ی دوچرخه اصلاح شد، بزرگترین مشکل بدن انسان شد. بدن انسان آیرودینامیک خوبی ندارد. البته طرز نشستن روی زین دو چرخه بسیار مهم است. خم شدن به سمت پایین باعث میشود سطحی که هوا به ان برخورد می کند کاهش یابد واین باعث کاهش درگ می شود. البته پارامترهای جزیی دیگری نیز تاثیر دارد. مانند لباس که باید چسبندگی کمی با هوا داشته باشد.