ฟิสิกส์ของจักรยาน (Part 1,2, จบ)

[มาณิก นิลสุวรรณ]

กระทู้นี้ขอแนะนำเรื่องวิชาการเกี่ยวกับจักรยานโดยเฉพาะเรื่องแรงต้านอากาศนะครับ
เราพอทราบกันดีว่าการต้านลมเป็นอุปสรรคอย่างหนึ่งของการปั่นจักรยานพอๆกับการปั่นขึ้นเขา ทั้งนี้มันก็เกี่ยวข้องกับเรื่องของฟิสิกส์แหละครับ
เราก็รู้ว่าเราประเมินกำลังหรือความก้าวหน้าการฝึกของเราด้วย Power หรือ กำลัง โดยมีหน่วยวัดเป็น watt (วัตต์)
ทีนี้ไอ้เจ้ากำลัง มันมีการคำนวณได้เป็นตัวเลขที่แน่นอนด้วยโดยมีสูตรการคำนวณก็คือ

Power = Force x Velocity

หรือ = Torque x n x pi x 2 /60

โดย Force คือแรง มีหน่วยเป็น นิวตั้น (Newton)

Velocity คือ ความเร็ว มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที (ถ้าจะเป็นจาก กิโลเมตรต่อชั่วโมงเป็นเมตรต่อวินาที ก็เอา 3.6 ไปหารดูครับ เช่น 36 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หารด้วย 3.6 ก็จะเท่ากับ 10 เมตรต่อวินาที)

Torque คือ แรงบิดมีหน่วยเป็นนิวตั้นเมตร (อุปกรณ์ที่วัดวัตต์ที่เราติดที่ Crank นั่นแหละครับ)

n คือความเร็วรอบต่อนาที หรือ Cadence นั่นเอง

pi คือค่าไพที่เราเรียนหาเส้นรอบวงตั้งแต่ประถมแหละครับ เท่ากับ 3.14

ทีนี้มันเกี่ยวข้องอย่างไรกับนักจักรยานอย่างเราๆ

ในการทำสถิติ Hour record อย่าง Bradley Wiggins ทำไว้ในปี้นี้ ก็ต้องหาตัวเลข Power ที่เขาต้องปั่นให้ได้ตลอด 1 ชั่วโมง เขาหาได้อย่างไรเหรอครับ ผมกำลังจะกลับเข้าเรื่องเลย นั่นคือการคิดแรงต้านอากาศนั่นเอง

ของกำลังที่เราปั่นนั้นเราต้องสู้กับแรงต้านอากาศประมาณ 80 เปอร์เซนต์ของกำลังทั้งหมด (นอกนั้นเป็นแรงต้านจากการหมุนของยางกับถนน ลูกปืนในจุดหมุนต่างๆ แล้วก็โซ่ ถ้าเคยติดตามกลยุทธ์ของทีม Sky คงเคยได้ยินคำว่า “Marginal Gains” หรือแปลเป็นไทยๆ ว่า “เก็บทุกเม็ด”ยังไงยังงั้นเลย)

อาจจะหนักในเนื้อหาบ้างก็ถือว่าเป็นการแชร์ความรู้กันนะครับ
ไว้ผมจะมาต่อ Part 2 นะครับ

[เสือกินปลาทู]

สรอยใบกระท่อมมานั่งเคี้ยวรอ

[มาณิก นิลสุวรรณ]

ฟิสิกส์ของจักรยาน Part 2
ขอบคุณที่ติดตามกันนะครับ เรามาต่อกันเลย

จะเห็นได้ว่าตอนนี้ไม่ว่าผู้ผลิตจักรยานค่ายไหนก็จะออกสายแอโร่กันออกมาด้วย
คำว่าแอโร่นั้นน่าจะมาจากคำว่า Aerodynamic (แอโร่ไดนามิก)

ในศาสตร์ของแอโร่ไดนามิกนั้น จะพูดถึงตัวแปรนึงก็คือแรงต้านอากาศหรือ Drag Force(แดรกฟอร์ซ)
พอจะจำในตอนแรกได้ไหมครับ กำลังจะมีค่าเท่ากับแรงคูณกับความเร็ว
ฉะนั้นถ้าเรารู้ค่าแรงต้านอากาศ รู้ค่าความเร็วที่เราขี่ก็จะหากำลัง หรือ Power ได้
ทีนี้ กำลังที่เกิดจากแรงต้านอากาศนั้นขึ้นอยู่กับค่าใดบ้าง ตามสูตรข้างล่างเลยครับ

Power = 0.5 x ค่าความหนาแน่นของอากาศ(kg/m3) x CdA x ความเร็ว(เมตรต่อวินาที)ยกกำลัง 3

ค่าความหนาแน่นอากาศเท่ากับ 1.225 kg/m3
ค่า CdA นั้นตามทฤษฎีแล้ว จะแยกเป็น 2 ค่า คือ
Cd คือสัมประสิทธ์แรงต้านอากาศ ยึ่งมีค่าน้อยเท่าใด แรงต้านอากาศก็ยิ่งน้อย
A คือพื้นที่หน้าตัดรวมที่ตั้งฉากกับทิศทางของการไหลอากาศ

ในทางปฏิบัติ ค่า Cd และ A (ต่อไปนี้จะขอเรียกว่า CdA) จะหาได้โดยการทดสอบในอุโมงค์ลม
แต่เราคงไปหาอุโมงค์ลมก็คงเป็นค่าใช้จ่ายมากโข(ประมาณว่าซื้อ SRM Powermeter ได้เลยทีเดียว)

ไม่เป็นไรครับ ผมขอแนะนำ Link ที่เราสามารถคีย์ค่าต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นส่วนสูง น้ำหนัก ท่าขี่ แม้กระทั่งจักรยานเพื่อหาค่า CdA ในทางทฤษฎีได้ตาม Link ด้านล่างเลยครับ

http://www.cyclingpowerlab.com/CyclingAerodynamics.aspx

พอเราหาค่า Power ได้แล้วเราก็จะทราบตัวเลขมีหน่วยเป็น watt ที่เราจะตั้งเป้าในการฝึกได้ครับ

ในตอนต่อไป เราจะมาเผยความลับ (ที่ไม่ลับ) กันว่า ทำไม เอ็ดดี เมอร์คซ[1] (Eddy Merckx) ทำสถิติ Hour Record ไว้เมื่อปี 1972 ด้วยระยะทาง 49.431 km (ด้วยจักรยานโครโมลี่และแฮนเสือหมอบธรรมดา) ถึงต้องไปทำสถิติ กันถึง เม็กซิโก

หมายเหตุ [1] ที่มา https://en.wikipedia.org/wiki/Hour_record

[verypong]

จาก Part 1 น่าจะเป็น Power = Torque x n /60 นะครับ (Watt = N.m/s)

[ว่าวต้องลม]

[มาณิก นิลสุวรรณ]

จาก Part 1 น่าจะเป็น Power = Torque x n /60 นะครับ (Watt = N.m/s)

ต้องคูณด้วย 2 pi ด้วยครับ
มันมาจาก กำลังจากการหมุนจะเท่ากับ Torque x ความเร็วเชิงมุม(radian/second)

จากความเร็วรอบต่อนาที เปลี่ยนเป็นความเร็วเชิงมุม ต้องคูณด้วย 2 pi / 60 ครับ

[ethylalc]

ลมมันคือกำแพงที่ทำให้ความเร็วตัน ถ้าต้องการคงความเร็วที่สูงขึ้นหรือเพิ่มmax speed โดยที่กำลังยังมีเท่าเดิม ก็ต้องไปเพิ่มความแอร์โร่ เพื่อลดแรงต้านอากาศให้น้อยลง

[มาณิก นิลสุวรรณ]

ฟิสิกส์ของจักรยาน (Part จบ)

จากที่ผมจั่วหัวข้อไว้ว่าทำไมนักจักรยานจึงเลือกสถานที่ในการทำสถิติ

สถานที่มีผลอย่างไรกัน

ตามที่เราได้ทราบกันใน Part 2 ว่าค่าตัวแปรหนึ่งของ Power ของแรงต้านอากาศ คือ ความหนาแน่นของอากศ (Air Density)
ความหนาแน่นของอากาศที่ระดับน้ำทะเลจะมีค่าอยู่ที่ 1.2 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรโดยประมาณ
ลองจินตนาการว่าในขณะที่คุณขี่จักรยานผ่านอากาศ คุณจะต้องสู้กับมวลอากาศปริมาณ 1.2 กิโลกรัมทุกๆปริมาณ 1ลูกบาศก์เมตร

ถ้าอากาศเบากว่านี้ นั้นก็หมายถึงคุณสู้กับอากาศน้อยลง

Eddy Merckx เลือกที่จะทำสถิติที่ Mexico City ที่ระดับความสูง 6900 ฟุตจากระดับน้ำทะเล ความหนาแน่นของอากาศขณะนั้นวัดได้ 0.96 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรถ้าเทียบกันแล้วกำลังงานที่เขาจะไม่ต้องสู้กับมวลอากาศหายไปถึง 20 เปอร์เซนต์เลยทีเดียว

จริงๆแล้ว ตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับความหนาแน่นของอากาศนั้นมีอยู่ 3 ตัวแปรคือ
ระดับความสูง อุณหภูมิ และ ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ

สรุปคือ
ระดับความสูงเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นต่ำลง
อุณหภูมสูงขึ้น ความหนาแน่นต่ำลง
ความชื้นสูงขึ้น ความหนาแน่นต่ำลง

ถ้าอยากได้ตัวเลขที่แท้จริงลองคลิ๊กตามลิ้งค์ด้านล่างนี้เลยครับ

http://www.denysschen.com/catalogue/density.aspx

เป็นอย่างไรบ้างครับเรื่องเกี่ยวกับจักรยานกับฟิสิกส์ อาจจะเป็นวิชาการเยอะ แต่ข้อมูลเหล่านี้แหละครับที่โค้ชและนักปั่นทำลายสถิติแม้แต่นักปั่นไทมไทรอัลเขาวิเคราะห์กัน

แต่ทั้งนี้ เรื่องกำลังจากแรงต้านอากาศเป็นตัวแปรเดียวเท่านั้น ยังมีตัวแปรอื่นอีกหลายตัว นักปั่นจะต้องหาสมดุลย์ระหว่างท่าจับแฮนด์ที่ลดแรงต้านอากาศ การหายใจ และการยืนระยะให้ได้จนครบที่จะต้องนำมาพิจารณา

ถ้ามีประเด็นใดก็มาพูดคุยแลกเปลี่ยนกันได้ครับ ยินดีครับ

[Meow-Meow]

ผมใช้กางเกงของฟิสิกซ์ครับ เป้านุ่มดี ไม่อับด้วย

//me เผ่นล่ะ

[kai_non]

เค้าคุยเรื่องไลกัน ใส่หมวก ใส่รองเท้า ไปปั่นดีกว่า. หุหุ งง

[verypong]

จาก Part 1 น่าจะเป็น Power = Torque x n /60 นะครับ (Watt = N.m/s)

ต้องคูณด้วย 2 pi ด้วยครับ
มันมาจาก กำลังจากการหมุนจะเท่ากับ Torque x ความเร็วเชิงมุม(radian/second)

จากความเร็วรอบต่อนาที เปลี่ยนเป็นความเร็วเชิงมุม ต้องคูณด้วย 2 pi / 60 ครับ

Ok ครับ ลืมไปว่าหน่วย SI ของมุมคือ radian

[k3mountain]

มิน่า เวลาปั่นจักรยาน ช่วงหลังฝนตก อากาศชื้นๆ ถนนเย็นๆแห้งหมาดๆ อุณภูมิกำลังสะบายไม่ร้อนไม่หนาว ลมนิ่งๆ
ถึงรู้สึกว่าไปได้เร็วได้ดีกว่าเดิมเยอะ

[SakonL]

ยอดเยี่ยมครับ วิชานี้ ตอนเรียนมัธยมผมรู้สึก สนุกมากเลย ครูท่านมีของมาทดลองให้เล่นประจำ


พอเข้ามหาลัย ไมมันไม่สนุกวะ 5555555

[temuan]

ขอบคุณครับ