حقایقی جالب درباره‌ دوچرخه سواری

دوچرخه سواری از دیرباز نه به عنوان یک ورزش بلکه به عنوان یک تفریح سالم، مفرح و مفید شناخته شده است. در ظاهر همه چیز ساده به نظر می‌رسد زانوانی که بالا پایین می‌روند و چرخ محرک را به حرکت در می‌آورند، اما در پس همین حرکات ساده معجونی از تبدیلات نیرو و انرژی هم در دوچرخه و هم در بدن ورزشکار وجود دارد.

به گزارش ایسنا، پایگاه علمی – تحقیقاتی Popular Mechanics در گزارشی جالب و متفاوت به بررسی نکات نه چندان پیدای رشته‌ی دوچرخه‌سواری پرداخته است.

* تاثیر گرما و فشار هوا بر سرعت رکابزنان

Cyclingهمه دوچرخه‌سواران می دانند که هنگام رکاب زدن در سربالایی‌ها باید مقداری از انرژی خود را صرف مبارزه با جاذبه کنند، اما یکی از فاکتورهایی که همیشه با کارایی دوچرخه‌سواران مقابله می‌کند، هواست. دانشمندان متوجه شده‌اند که چگالی هوای خشک، در فشار سطح دریا (76 میلی‌متر جیوه) و دمای نزدیک به 5 درجه سانتی‌گراد به 1.215 کیلوگرم بر متر مکعب می‌رسد. تیم ایرو دینامیک خوب دوچرخه‌ نیز می‌تواند تا حدودی مقاومت هوا را کاهش می‌دهد.

دوچرخه‌سواران و دانشمندان تلاش خود را برای مبارزه با این جاذبه، متوقف نکرده‌اند. در المپیک لندن 2012، دمای محیط پیست ولدروم را به 27 درجه سانتی‌گراد افزایش دادند تا هوا رقیق‌تر شود و رکورد جهانی پیشرفت کند.

هر چند، در محیط آزاد، تنها راهکار برای مبارزه با هوا، مسابقه دادن در سطوح مرتفع تر زمین است جایی که تراکم هوا کمتر باشد. این یکی از دلایلی است که جنی لونگو در سال‌های 1989 و 1996 مکزیکوسیتی را برای ثبت رکورد ساعتی جهان خود انتخاب کرد.

در ارتفاع 2237 متری از سطح زمین، چگالی هوای خشک در دمای 15 درجه سانتی گراد به پایین‌تر از یک کیلوگرم بر متر معکب(یک هزارم چگالی آب) کاهش پیدا می‌کند. لنگو در مقایسه با دوچرخه‌سواری‌های گذشته خود در سطح دریا، در این دوچرخه‌سواری نزدیک به یک و نیم کیلومتر بر ساعت‌تر سریع‌تر رکاب زده‌است.

* این مغز دروغگو!

مغز به بدن دروغ می‌گوید و مانع از به کارگیری تمام انرژی بدن می‌شود! مغز به وسیله خستگی یا درد به ما هشدار می‌دهد تا سرعت خود را کم کنیم یا حرکت را متوقف کنیم. زیرا فکر می‌کند ممکن است بدن آسیب ببیند.

هر چند که دوچرخه‌سواران حرفه‌ای از طریق تمرین‌های خود به این حقیقت رسیده‌اند که می‌توانند این هشدارها را نادیده بگیرند و مانع درد را پشت سر بگذراند تا سریع تر به خط پایان برسند و همه انرژی خود را مصرف می‌کنند.

این به این معناست که آمادگی ذهنی می‌توان به اندازه آمادگی جسمانی حائز اهمیت باشد. در یک تحقیق دمای هوا به تعدادی از دوچرخه سواران به طور عمدی کمتر از واقعیت اعلام شد . نتایج نشان داد که این دوچرخه سواران که فکر می‌کردند هوا خنک‌تر است، سریع‌تر از دوچرخه‌سوارانی که دمای واقعی هوا را می‌دانستند، رکاب زدند!

انتخاب موسیقی مناسب برای هر دوچرخه‌سوار به هنگام آموزش، یکی از زمینه‌های در حال پیشرفت به وسیله کارشناسان است. برای یافتن راه‌های پیوند دادن حالات احساسی با آموزش تکمیلی، تحقیقات زیادی صورت گرفته است. بنابراین احساسات نیز می‌توانند تاثیرات مثبتی بر کارایی ورزشکاران بگذارند.

* دوچرخه‌سواری سریعترین حرکت با کمک نیروی عضلانی

یک نفر را بر دوچرخه سوار کنید و شاهد کارآمدترین مخلوق روی زمین باشید. هیچ موجود زنده دیگری نمی‌تواند با مصرف چنین انرژی کمی، به خودی خود جابجا شود و تازه این تنها زمانی است که به زمین مسطح دوچرخه‌سواری می‌کند، اگر در سراشیبی باشد ، انرژی رایگان جاذبه زمین نیاز به انرژی انسان را کاهش می‌دهد.

اگر یک دوچرخه‌سوار و یک شخص پیاده به میزان یکسان انرژی مصرف کنند، تاثیر دوچرخه باعث می‌شود که سرعت دوچرخه‌سوار سه برابر باشد. به هنگام راه رفتن با سرعت متوسط، یک شخص پیاده شش برابر بیشتر از یک دوچرخه‌سوار انرژی مصرف می‌کند.

دویدن نیز چهار برابر بیشتر از دوچرخه‌سواری انرژی مصرف می‌کند. نه دوندگان و نه هیچ ورزشکار دیگری که با انرژی خود حرکت می‌کند و نه حتی سریع‌ترین ورزشکار دنیا ، نمی‌توانند به پای یک دوچرخه‌سوار برسند.

یوسین بولت در مسابقات جهانی 2009 برلین، با سرعتی بیش از 37 کیلومتر بر ساعت دوید و رکوردش زیر 10 ثانیه بود. جرمی وودراسپون ، اسکیت باز پر سرعت، پیستی به طول 500 متر را با سرعت بیش از 53 کیلومتر بر ساعت طی کرد و رکورد جهانی را به نام خود ثبت نمود.

اما هیچ ورزشکاری نمی‌تواند با اسکیت یا دویدن سریع‌تر از کریس بوردن حرکت کند که در یک ساعت بیش از 56 کیلومتر را طی کرد. اولین رکورد را در سال 1996 در پیشت ولدروم منچستر به ثبت رساند. وقتی صحبت از جابجایی با قدرت عضلات است، هیچ راهی سریع تر از دوچرخه نیست.

* جاده‌های امن و تشویق مردم به دوچرخه سواری

هر چقدر مردم بیشتر دوچرخه‌سواری می‌کنند، جاده‌ها امن‌تر به نظر می‌رسد. این امنیت فقط برای دوچرخه‌سواران نیست، بلکه برای همه کاربران جاده‌هاست و حتی رانندگان نیز از تاثیر دوچرخه‌ها متعجب شده‌اند.

در پورتلند، بین سال‌های 1997 تا 2007 ، مرگ و میر ناشی از تصادفات از 46 عدد در سال به 28 عدد کاهش پیدا کرده است. این در حالی است که تعداد سفرها با استفاده از دوچرخه در سال 2007، چهار برابر شده و شش درصد از کل سفرهای جاده‌ای را به خود اختصاص داده است. به همین ترتیب، استفاده از دوچرخه در هلند بین سال‌های 1977 تا 1997 ، 45 درصد افزایش داشته در حالی که آمار مرگ و میر در دوچرخه‌سواران تقریبا 40 درصد کاهش داشته است.

در برلین بین سال‌های 1990 تا 2007 ، سهم سفرها با استفاده از دوچرخه‌ دو برابر شده و به 10 درصد از کل سفرها رسیده است و آمار صدمات جدی وارد شده به دوچرخه‌سواران 38 درصد کاهش داشته است. فهمیدن علت بالا رفتن میزان ایمنی جاده‌ها زیاد سخت نیست.

با بالا رفتن تعداد دوچرخه‌سواران در جاده‌ها ، حضورشان مشهودتر خواهد بود و رانندگان در قبال آنها محتاط تر خواهند شد.وقتی تعداد بیشتری دوچرخه‌سوار وجود داشته باشد ، شهرها امکانات و جاده‌های امن تری را برای آنها فراهم می‌کنند.

همچنین، تعدادی از رانندگان به دوچرخه‌سواری رو می‌آورند، بنابراین تعداد ماشین‌ها در جاده‌ها کمتر می‌شود و امکان تصادف با ماشین‌های پر سرعت نیز کمتر خواهد شد.

* کمک‌فنر در دوچرخه

سیستم تعلیق دوچرخه‌ها برای بالا بردن سطح راحتی و بهره‌وری آن‌ها تولید شده است اما به کارگیری آن‌ها تبعاتی همچون پیچیدگی، گران قیمت بودن و سنگین بودن را در بر دارد. ممکن است با وجود این سیستم،‌دوچرخه‌سوار نیاز به استفاده از انرژی بیشتری داشته باشد زیرا سیستم کمک فنر مقداری از انرژی راننده را اتلاف می‌کند. به همین خاطر است که سیستم تعلیق دوچرخه‌ها در سال‌های 1800 معمول بودند، با تولید لاستیک‌های بادی و کارآمد کنار گذاشته شدند.

امروزه سیستم تعلیق دوچرخه‌ها به لطف دوچرخه سواری در کوهستان دوباره استفاده می‌شود.

مهندسین برای اینکه دوچرخه‌های کوهستان بتوانند از زمین‌های سخت و ناهموار بالا بروند، ابتدا کمک فنر چرخ جلوی دوچرخه و سپس کمک فنر برای هر دو چرخ جلو و عقب را طراحی کردند.

محققین در آزمایش‌های علمی خود فواید و مضرات راندن دوچرخه را در 3 حالت بررسی کردند. دوچرخه با قالب خشک، دوچرخه با کمک فنر چرخ جلو و دوچرخه با هر دو کمک فنر جلو و عقب.

آزمایش‌ها نشان می‌دهد که به هنگام عبور از یک مانع 6 سانتی متری، کمک فنر چرخ جلو نیروهای وارده عمودی را تا 37 درصد و نیروهای وارده افقی را تا 28 درصد کاهش می‌دهد. این نیروهای افقی سرعت را کاهش می‌دهند بنابراین اگر بتوان فشار آن‌ها را کمتر کرد، انرژی کمتری برای به جلو راندن دوچرخه صرف می‌شود.

* تعادل دوچرخه

دوچرخه برای تعادل باید حرکت کند. یک دوچرخه به طور حیرت‌آوری می‌تواند در سرعت 12.8 کیلومتر بر ساعت یا بیشتر بدون راننده به حرکت خود ادامه دهد. برای این اتفاق تنها چند عامل لازم است اول از همه چرخ جلوی دوچرخه که آن را هدایت می‌کند، باید آزاد باشد.

دوما هرچقدر محور دسته دوچرخه آزادتر باشد، حرکت دوچرخه مدت بیشتری ثابت می‌ماند.

سوما توزیع جرم دسته و محور دسته دوچرخه بر مسیر حرکت دوچرخه تاثیر دارد. اگر این سه عامل در تناسب درست با هم وجود داشته باشند باعث ثابت ماندن نیروی محرکه دوچرخه می‌شوند.

* چرا دوچرخه نمی‌افتد!؟

این مساله یک دلیل عجیب و جالب توجه دارد. وقتی دوچرخه در حال حرکت به یک سمت منحرف می‌شود نیروی گشتاور، چرخ جلو را از مسیر مستقیم خارج کرده و می‌چرخاند، بنابراین دوچرخه حرکتی دایره‌وار را آغاز می‌کند. در مقابل سطح جاده نیرویی مایل به مرکز را اعمال می‌کند و چرخ دوچرخه دوباره به مسیر مستقیم خود بازمی‌گردد. در واقع نیروی مایل به مرکز، نیروی گشتاور به دوچرخه وارد می‌کند که از حالت انحراف خارج می‌شود.

کارل داریس در سال 1817 در مانهیم آلمان دوچرخه‌ای به نام hobby horse طراحی کرد. برای ساختن این دوچرخه که در صنعت دوچرخه‌سازی پیشرو بود و یک پیشرفت فنی محسوب می‌شد، او از چوب درخت زبان گنجشک استفاده کرد. چوب این درخت مرغوب است زیرا شاخه‌های صافی دارد، به راحتی شکل می‌گیرد و قطعاتش به هم متصل می‌شود، همچنین با توجه به وزنش، پوسته محکمی دارد.

بعد از تولید این دوچرخه، طراحی ساختمان دوچرخه‌ها از نظر فنی و از حیث مواد مورد استفاده، پیشرفت کرد.

امروز با ترکیبات درست، دوچرخه‌های مطلوب به اندازه کافی محکم، سبک و مقاوم هستند و می‌توانند با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت از کوه‌ها پایین بیایند، در جاده‌های سنگی حرکت کنند و یا پس از ضربه‌های شدید و ناگهانی سالم بمانند.

سازندگان دوچرخه‌ها از فلزات، پلیمرها و ترکیبات دیگر استفاده می‌کنند تا به دوچرخه‌سواران امکان راندن در مسیرهای طولانی‌تر با سرعت بیشتر را بدهند. روش‌های جدید تولید قطعات د وچرخه عبارتند از، تغییر قطر داخلی تیوب‌ها که باعث می‌شود از وزن‌شان کاسته شود اما همچنان مقاوم بمانند، شکل دهی آلومینیوم با آب و غیره.

اولین hobby horse تولید شده 45 (اندکی بیش از 20 کیلوگرم) پوند وزن داشت. امروزه ساختمان دوچرخه‌ها به حدی سبک است که اتحادیه بین‌المللی دوچرخه‌سواران (UCI)، استفاده از دوچرخه‌های زیر 15 پوند( 6.8 کیلوگرم) را ممنوع کرده است.