Principiile mersului pe bicicleta

Principiile mersului pe bicicleta

Una din legile lui Murphy spune ca pe oriunde ai lua-o cu bicicleta este la deal si impotriva vantului. Aceasta afirmatie nu este departe de adevar daca ne gandim ca pedalarea impotriva vantului sau la deal sunt experiente care se asociaza obligatoriu cu oboseala, transpiratia, frustrarea si demoralizarea, experiente care se inregistreaza mult mai profund in subconstient, ele neregasindu-se atunci cand ciclistul are vantul in spate sau cand coboara la vale. Oricat de greu ar parea insa, mersul pe bicicleta este unul dintre cele mai efciente forme de deplasare cunoscute pana in prezent, mai eficient chiar si decat mersul pe jos, ceea ce face ca bicicleta sa fie cel mai raspandit mijloc de transport, in lume gasindu-se astazi peste 1 miliard de biciclete in uz.

Corpul omenesc foloseste energia obtinuta prin digestia alimentelor, nutrietii obtinuti din alimentatie fiind de fapt "combustibilul" necesar punerii in functiune a musculaturii implicate in efectuarea miscarilor specifice deplasarii, pedalatul in cazul nostru. Organismul are capacitatea de a "arde" prin reactii biochimice catalizate enzimatic nutrientii furnizati de hrana si de a "stoca" energia astfel obtinuta in compusi chimici macroergici, sau cu energie specifica mare ( ATP-ul fiind cel mai cunoscut exemplu putand stoca cca 7 Kcal/mol), energie care poate fi folosita ulterior in procesul contractiei si destinderii musculare sau, la alegere, poate fi folosita in procese de anabolism care au ca rezultat formarea altor substante cu rol de depozit (lipidele care se acumuleaza in organism la nivel subcutanat si pe organele interne) daca individul alege sa nu faca miscare. Se intelege de ce nevoia de miscare devine imperativa pentru mentinerea unui echilibru optim intre calitatea si cantitatea hranei pe de o parte si mentinerea unei greutati corporale in limite rezonabile.

Eficienta trnsformarii energiei obtinute prin arderea nutrientilor in ATP este de 40%, restul de 60% transformandu-se in caldura, aceasta din urma fiind utilizata la mentinerea costanta a temperaturii corporale. O alta cantitate de energie se transfoma in caldura atunci cand ATP-ul participa la contractia si destinderea mecanica a fibrei musculare, astfel incat, per total, se apreciaza ca numai un procent cuprins intre 20 si 25% din energia furnizata de hrana se transforma in energie mecanica, aceasta nefiind nici pe de parte vreo forma de imperfectiune a naturii ci, dimpotriva, un reflex de aparare al organismului in lupta impotriva hipotermiei cu furnizare chiar si prin tremor muscular (actiune involuntara) a unei cantitati de caldura suplimentare atunci cand necesitatile o cer.

Mai departe, energia mecanica este transferata de la muschi la pedale si apoi la roata cu un randament de peste 95%, singurele pierderi care apar nefiind decat cele cauzate de frecarile din lagare si dintre anvelope si sol. Din acest motiv lubrifierea periodica si umflarea energica a pneurilor pentru a reduce suprafata de contact cu solul nu fac decat sa imbunatateasca acest randament. Se poate calcula ca pentru fiecare watt de putere consumata in ciclism timp de 1 ora organismul arde cca 4,35 Kcal. In functie de conditia fizica a fiecaruia, un adult de 70 Kg poate furniza prin pedalat intre 75 si 100 W timp de mai multe ore, intre 200 si 300 W timp de cateva minute si, pentru cateva secunde, la sprinturi, chiar 750 W (1 cal-putere = 745 W). Ca idee, intr-o ora de pedalare moderata ca intensitate organismul "arde" in jur de 400 Kcal.

Cu aceasta putere, pentru a-si mentine viteza constanta, ciclistul trebuie sa invinga fortele care se opun inaintarii. Acestea sunt:

Fortele de frecare din lagare si dintre roti si sol. Ele sunt relativ constante si, asa cum s-a aratat mai sus, micsoreaza cu sub 5% transferul de putere de la muschi la roata, randament care poate fi imbunatatit cu eforturi minime.

Rezistenta la inaintare opusa de aer. Pe masura ce inainteaza, corpul ciclistului "impinge" masa de aer din fata sa, iar orice obiect amplasat in calea curgerii aerului il forteaza pe acesta sa se separe in doua regiuni, una de suprapresiune situata in fata si alta de vacuum situata in spate, formand un gradient de presiune prin intermediul caruia ciclistul este tras, la propriu, inapoi. La aceasta se mai adauga si forta de frictiune cu aerul numita si "frecare de suprafata" a pielii, a hainelor etc, reprezentand componenta "de contact" dintre aer si asperitatile cu care acesta se freaca. La viteze de peste 40 Km/h, viteze socotite mari pentru biciclete, devine importanta ca marime chiar si rezistenta opusa de curentii turbionari care iau nastere in jurul spitelor fiecareia dintre roti astfel incat In ciclismul de performanta se recurge la montarea unor masti (capace) usoare din plastic de o parte si de alta a rotilor pentru reducerea acestei componente de rezistenta.

Rezistenta la inaintare opusa de aer este alcatuita din forte neconservative care cresc exponential cu patratul vitezei. O dublare a vitezei solicita, asa cum se vede in tabelul alaturat, un necesar de putere

mai mare decat dublu, astfel incat la viteze in jurul valorii de 30 Km/h un procent de 70 pana la 90% din puterea consumata sa fie folosita pentru invingerea rezistentei la inaintare opusa de curentul de aer si asta pe teren orizontal, in absenta vantului. Ansamblul biciclata-biciclist se caracterizeaza printr-un coeficient de frecare foarte slab, cuprins intre 0,2 si 0,4, singura modalitate uzuala de imbunatatire a sa fiind inclinarea bustului in fata pana in pozitia orizontala, metoda de compromis, caci o astfel de postura deterioreaza gradul de confort al ciclistului si chiar siguranta rularii pe drumurile publice. Tot din tabelul alaturat se mai poate observa ca pedalarea impotriva vantului solicita eforturi foarte mari si ca, pe langa cei 100 W de putere musculara (ceea ce corespunde unui efort moderat), un adaus de inca 200 W de putere auxiliara poate sa faca minuni. Datele din tabelul de mai sus au fost obtinute luandu-se in calcul o masa a ciclistului de 70 Kg si a bicicletei de 30 Kg (cu tot cu motor si baterii), la un coeficient aerodinamic Cx = 0,4 ceea ce corespunde unei pozitii a bustului usor inclinata in fata. De asemenea, pentru simplificarea calculului s-au fixat coeficienti de frecare pentru lagare si anvelope la valori medii.

Forta gravitationala. Este in general mai mare decat rezistenta opusa de aer si aici lucrurile sunt binecunoscute. Urcarea unui deal presupune invingerea unei forte proportionale cu greutatea ansamblului bicicleta + biciclist, factorul de proportionalitate fiind sinusul unghiului de inclinare a pantei. In tabelul alaturat s-au calculat citeva valori ale puterii necesare mentinerii constante a vitezei de rulare incepand cu viteza de 8 Km/h socotita minima necesara mentinerii echilibrului pentru mersul in linie dreapta. Calculul s-a facut cu aceleasi date de pornire ca si in tabelul precedent, respectiv o masa a ansamblului bicicleta + biciclist de 100 de Kg, fara vant, cu coeficientii de frecare identici cu cei din exemplul precedent. In incheiere sa retinem faptul ca un surplus de greutate a bicicletei, a bagajelor transportate sau a ciclistului insusi se resimte doar in timpul urcarii la deal si la demaraje.