دوچرخهسواری از گذشته تا به حال به عنوان یک ورزش بلکه به عنوان یک تفریح سالم، نشاط آور و مفید شناخته شده است. در ظاهر، دوچرخه سواری چیزی جز بالا و پایین رفتن زانوان و حرکت چرخ های دوچرخه نیست. همین حرکات به ظاهر ساده،باعث ایجاد مجموعه ای از نیروها و انرژی ها و تبدیلات آنها در بدن دوچرخه و در بدن ورزشکار است.
در این مقاله به بررسی حقایقی جالب در مورد دوچرخه سواری می پردازیم.
تاثیر داشتن گرما و فشار هوا بر سرعت رکابزنان
همه مردم و مخصوصا دوچرخهسواران می دانند که در هنگام رکاب زدن و عبور از مسیرهای سربالایی باید مقدار زیادی از انرژی خود را صرف مبارزه با جاذبه کنند، اما یکی از عوامل ایجاد اصطکاک برای دوچرخه سواران که کارآیی آنها را تحت تاثیر قرار می دهد، هواست.
دانشمندان متوجه این مطلب شدهاند که چگالی هوای خشک، در فشار سطح دریا (76 میلیمتر جیوه) و در دمایی نزدیک به 5 درجه سانتیگراد به 1.215 کیلوگرم بر متر مکعب میرسد. همچنین تیم ایرودینامیک خوب دوچرخه نیز میتواند با این نیروی مخالف مبارزه کرده و مقاومت هوا را تا حدودی کاهش میدهد.
دوچرخهسواران و دانشمندان در تلاشند تا این جاذبه را کاهش دهند. از جمله این تلاش ها، کاهش دمای محیط پیست ولدروم به 27 درجه سانتی گراد در المپیک لندن 2012 تنها جهت رقیقتر کردن هوا و پیشرفت رکورد جهانی بود.
البته موضوع در محیط آزاد متفاوت است. در محیط آزاد، تنها راه برای مبارزه با مقاومت هوا، قرار دادن مسابقه در سطوح مرتفع تر زمین و در جایی که تراکم هوا کمتر است، می باشد. این موضوع یکی از دلایلی بود که جنی لونگو در سالهای 1989 و 1996 شهر مکزیکوسیتی را جهت ثبت رکورد ساعتی جهان خود انتخاب کرد
.
نکته ای که قابل ذکر است این است که در ارتفاع 2237 متری از سطح زمین، چگالی هوای خشک در دمای 15 درجه سانتی گراد به کمتر از یک کیلوگرم بر متر معکب کاهش پیدا میکند. جنی لونگو در مقایسه با مسابقات دوچرخهسواری که در گذشته در سطح دریا انجام داده بود، در این دوچرخهسواری حدود یک و نیم کیلومتر بر ساعتتر رکاب زنی سریعتری داشت.
وقتی مغز، حقیقت را نمی گوید!
در بسیاری از مواقع مغز به بدن دروغ میگوید و باعث می شود بدن همه انرژی خود را استفاده نکند. مغز به وسیله ایجاد خستگی یا درد به ما این هشدار را میدهد تا از مصرف انرژی کم کنیم و سرعت خود را کاهش دهیم و یا کلا حرکت را متوقف کنیم. زیرا که مغز فکر میکند ممکن است به بدن آسیب برسد.
هر چند که دوچرخهسواران حرفهای می دانند که با تمرین های متداوم می توانند این هشدارها را نادیده گرفته و درد را در نظر نگیرند و بتوانند سریع تر خود را به خط پایان برسانند و تا جای ممکن همه انرژی خود را مصرف کنند.
این مطلب نشان می دهد آمادگی ذهنی به اندازه آمادگی جسمانی مهم است. در تحقیق دیگری دمای هوا به طور عمد به تعدادی از دوچرخه سواران کمتر از آنچه بود بیان شد. نتیجه بسیار جالب بود!
نتیجه این شد که دوچرخه سوارانی که به آنها دروغ گفته شده بود سریعتر رکاب زدند و آنهایی که حقیقت را می دانستد عقب ماندند.
مورد موثر دیگر، موسیقی مناسب برای هر دوچرخهسوار است که به هنگام آموزش، برای او پخش می شود. این مورد توسط کارشناسان در حال بررسی است. تحقیقات زیادی در زمینه ارتباط حالات احساسی با آموزش های تکمیلی صورت گرفته است که در نتیجه آنان احساسات مثبت میتوانند تاثیرات مثبتی بر کارایی ورزشکاران داشته باشد.
دوچرخه سواری و حداکثر نیروی عضلانی
می توانید یک نفر را روی دوچرخه سوار کنید و ببینید که چگونه با مصرف انرژی بسیار کم میتواند به سرعت جابجا شود. آنهم زمانی که روی زمین مسطح دوچرخهسواری میکند، چه بسا اگر در سراشیبی این اتفاق بیفتد ، انرژی رایگان جاذبه زمین نیز به دوچرخه سوار کمک کرده و باعث می شود انرژی کمتری صرف کند.
اگر فرض کنیم یک دوچرخهسوار و یک شخص پیاده هر دو به اندازه یکسانی انرژی صرف حرکت کردن کنند، داشتن دوچرخه باعث میشود که سرعت دوچرخهسوار بتواند تا سه برابر شخص پیاده باشد. در حالت راه رفتن با سرعت متوسط، شخص پیاده تقریبا تا حدود شش برابر فرد دوچرخهسوار انرژی صرف می کند.
اگر دویدن را در نظر بگیریم، آن نیز تا چهار برابر بیشتر از دوچرخهسواری انرژی می گیرد. به این ترتیب، دوچرخه سوار هم از دوندگان و هم از همه ورزشکاررانی که با انرژی خود حرکت میکند سریعتر است.
در بین ورزشکاران دونده و یا اسکیت سوار، نمیتواند سریعتر از کریس بوردن حرکت کند. او در یک ساعت بیشتر از 56 کیلومتر را توانست طی کند. اولین رکورد او در سال 1996 در پیشت ولدروم منچستر به ثبت رسید.
وقتی موضوع صحبت جابجایی با قدرت عضلات است، هیچ روشی سریع تر از دوچرخه نمی تواند باشد.
امنیت جاده ها و تشویق مردم به دوچرخه سواری
انگار هر چقدر مردم هر چقدر دوچرخه های بیشتری داشته باشند و جاده ها پر از دوچرخه سوار باشد، جادهها نیز امنتر به نظر میرسد. امنیت به وجود آمده نه تنها فقط برای دوچرخهسواران نیست، بلکه برای همه کسانی است که در جاده اند. حتی رانندگان نیز تحت تاثیر این موضوع قرار می گیرند.
به طور مثال در پورتلند، بین سالهای 1997 تا 2007 ، مرگ و میر ناشی از تصادفات از میزان 46 نفر در سال به 28 نفر کاهش پیدا کرده است. در حالی که تعداد سفرهایی که با استفاده از دوچرخه در سال2007 انجام شده بود، چهار برابر شده بود و شش درصد از کل سفرهای جادهای با دوچرخه طی می شد.
به همین ترتیب، در هلند نیز استفاده از دوچرخه در بین سالهای 1977 تا 1997 ، 45 درصد رشد داشته و به همان نسبت نیز آمار مرگ و میر در دوچرخهسواران حدود 40 درصد کاهش داشته است. در برلین نیز در سالهای 1990 تا 2007 ، سهم مسافرت هایی که با استفاده از دوچرخه انجام شد دو برابر شده و حدود 10 درصد از مسافرت ها را به خود اختصاص داد. از طرف دیگر آمار صدمات جدی وارد شده به دوچرخهسواران نیز 38 درصد کاهش داشته است.
فهمیدن این نکته که با استفاده از دوچرخه امنیت جاده ها افزایش پیدا می کند، 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.
علاوه بر این، تعدادی از رانندگان نیز به دوچرخهسواری روی میآورند، تعداد ماشینها کمتر شده و امکان تصادف با ماشینهای با سرعت بالا نیز کمتر می شود.
کمک فنر دوچرخه
وظیفه سیستم تعلیق دوچرخهها بالا بردن سطح راحتی و بهرهوری آنها است اما به کار گرفتن آنها عوامل دیگری چون پیچیدگی سیستم، قیمت بالا و سنگین تر شدن دوچرخه را نیز ایجاد می کند. در این صورت، دوچرخهسوار نیاز به استفاده از انرژی بیشتری دارد چرا که سیستم کمک فنر، خود باعث تلف شدن مقداری از انرژی راننده می شود. به همین دلیل است که سیستم تعلیق دوچرخه در سالهای 1800 بیشتر معمول بودند و با تولید لاستیکهای بادی و مناسب از رونق افتاد.
امروزه بازهم استفاده از سیستم تعلیق دوچرخه به لطف رشته دوچرخه سواری در کوهستان دوباره استفاده میشود.
مهندسان برای حفظ قدرت و تعادل دوچرخه کوهستان در هنگام بالا رفتن از زمینهای سخت و ناهموار، ابتدا کمک فنر چرخ جلوی دوچرخه را طراحی کرده و سپس کمک فنر برای هر دو چرخ جلو و عقب را طراحی و تولید کردند.
در آزمایشهای علمی توسط محققان فواید و ضررهای دوچرخه سواری در 3 حالت بررسی شده است. دوچرخه با قالب خشک، دوچرخه با تنها کمک فنر چرخ جلو و دوچرخه با دو کمک فنر عقب و جلو!
آزمایشها نیز نشان می دهند به هنگام عبور از یک مانع 6 سانتی متری، تاثیر کمک فنر چرخ جلو این است که باعث کاهش نیروهای وارده عمودی تا 37 درصد و نیروهای وارده افقی تا 28 می شود. نیروهای افقی باعث کاهش سرعت می شوند و اگر بتوان فشار آنها را کم کرد، انرژی کمتری برای به حرکت درآوردن 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.
دوماً هرچقدر محور دسته دوچرخه آزادتر باشد، حرکت دوچرخه مدت بیشتری ثابت میماند.
سوماً 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.
دوچرخه چگونه تعادل خود را حفظ می کند؟
این موضوع یک دلیل عجیب و البته جالب توجه دارد. روش کار دوچرخه به این صورت است که وقتی دوچرخه در حال حرکت به یک سمت منحرف میشود نیروی گشتاور، باعث می شود چرخ جلو از مسیر مستقیم خارج شده و چرخانده شود، بنابراین دوچرخه حرکتی دایرهوار را شروع میکند. در مقابل نیز سطح جاده نیرویی مایل به مرکز را به دوچرخه وارد میکند و چرخ دوچرخه دوباره به مسیر مستقیم خودش برمی گردد. در واقع این نیروی مایل به مرکز، نیروی گشتاوری را به دوچرخه وارد میکند که باعث می شود از حالت انحراف خارج شود.
از پیشرفت های فنی در صنعت دوچرخه سواری می توان به دوچرخه ای اشاره کرد که کارل داریس در سال 1817 در مانهیم آلمان ساخت. او دوچرخهای به نام hobby horse طراحی کرد. او برای ساخت این دوچرخه از چوب درخت زبان گنجشک استفاده کرد. چوب این درخت از چوب های مرغوب شناخته می شود چراکه شاخههای صافی دارد که به راحتی شکل میگیرد و قطعاتش نیز به هم متصل میشود، نسبت به وزنش، پوسته محکمی دارد.
بعد از تولید این دوچرخه، طراحی ساختمان دوچرخهها نیز هم از نظر فنی و هم از نظر مواد مصرفی، پیشرفت کرد.
امروز با ترکیبات خوب، دوچرخههایی مناسب که به قدر کافی محکم، مقاوم و البته سبک هستند و میتوانند با سرعتی تا 80 کیلومتر بر ساعت از کوهها پایین بیایند، این دوچرخه ها می توانند در جادههای سنگی حرکت کنند و یا پس از برخورد و یا ضربههای شدید و ناگهانی سالم بمانند.
برای ساخت دوچرخهها معمولا از فلزات، پلیمرها و ترکیبات دیگر استفاده میکنند تا این امکان را به دوچرخهسواران بدهد تا در مسیرهای طولانیتر بتوانند با سرعت بیشتری برانند. روشهایی مانند تغییر قطر داخلی تیوبها که باعث کم شدن وزن دوچرخه بدون کاهش مقاومت و استحکام آنها می شود، یکی از روش های جدید برای تولید قطعات دوچرخه است.
اولین دوچرخه hobby horse تولید شده 45 (کمی بیشتر از 20 کیلوگرم) پوند وزن داشت. امروزه دوچرخهها آنقدر سبک هستند که باعث شده اتحادیه بینالمللی دوچرخهسواران (UCI)، استفاده از دوچرخههای زیر 15 پوند ( 6.8 کیلوگرم) را ممنوع کند.