שיפור האווירודינמיות ברכיבת אופניים

| שתף |

הפערים בין צמרת רוכבי האופניים בעולם הלכו והצטמצמו במהלך השנים. בתחרויות גדולות כמו הטור דה-פראנס, ההבדלים בזמנים בין הרוכבים הבכירים עשויים להגיע לדקות ואפילו לשניות ספורות בלבד, אף שמדובר באלפי קילומטרים. המסקנה: הרוכבים מחפשים כל דרך להגדיל את הפערים הקטנים הללו ולהשיג תוצאה טובה יותר ברכיבה. איך עושים זאת? על כך במאמר זה.

תאריך: 27/08/12, מאת: דויד רזניק, מתוך "מגזין עולם הריצה" מס' 148

רוכבי אופניים, טריאתלטים, מאמנים ואף מהנדסים מכירים מזה שנים את החשיבות של שיפור האווירודינמיות ברכיבה על אופניים. אווירודינמיקה היא ענף במכניקת הזורמים, החוקר את הכוחות הפועלים על גופים שסביבם יש שדה זרימה. במהלך תנועה של כל גוף פועלים עליו מספר רב של כוחות, שהעיקרי בהם הוא התנגדות/חיכוך האוויר - 'גרר'. התנגדות כוח הגרר נגרמת כתוצאה מהתנגשות בין שטח הפנים של הגוף לבין זרם האוויר שבתוכו הוא נע.

ברכיבת אופניים, התנגדות הרוח וזרימת האוויר סביב הרוכב וציודו מהוות את המשקל הרב ביותר בהשפעה על קצב התקדמותו. ישנן דוגמאות רבות בהיסטוריה, שבהן יתרון באווירודינמיות הכריע את גורלה של תחרות שלמה, גם אם היא נמשכת כמה שבועות כמו ה'טור דה-פרנס'. דוגמה מפורסמת היא הטור של שנת 1989 - השלב שלפני האחרון. האמריקני גרג למונד פיגר ב-50 שניות אחר המוביל, הצרפתי לורן פיניון. השלב שנותר היה המירוץ האישי - נגד השעון (נג"ש), באורך 25 ק"מ, שלב שבו כל רוכב מזנק לבדו בהפרש קבוע, מתמודד לבדו מול הרוח ואינו יכול 'להשתמש' ברוכב שלפניו. גרג למונד זינק למירוץ כשברשותו הציוד האווירודינמי המתקדם ביותר של אותה תקופה. לורן פיניון, לעומתו, זינק אפילו ללא קסדה (זה היה מותר בשנים ההן), כך שתלתליו התבדרו ברוח. למונד הגיע 58 שניות לפני פיניון ובכך ניצח באותו יום ובטור כולו בפער של 8 שניות בלבד, שעדיין נחשב לקטן ביותר אי-פעם! נראה שאת העובדות לאשורן לא נדע לעולם, אך הסברה היא שהציוד האווירודינמי שבו השתמש למונד העניק לו יתרון וסייע לו לנצח במירוץ כולו. פיניון, לעומת זאת, החליט לזנק ללא שום יתרון טכנולוגי ובכך כנראה הפסיד את המירוץ כולו. למונד השתמש בציוד ופיניון לא, ולכן ניצח בפער גדול של 58 שניות על פני 25 ק"מ בלבד. אך כשבודקים את 3000 הק"מ של כל הטור, פער של 8 שניות בלבד הוא מזערי, ועובדה זו מסבירה מדוע במשך 3000 ק"מ הם היו צמודים וביום אחד של 25 ק"מ צמצם פיניון את הפער כולו ואף זכה ביתרון!

גם כ-20 שנה לאחר מכן, ב-2008, נצפה פער של כשתי דקות בלבד בין השלישייה שניצבה על הפודיום ב'ג'ירו דה-איטליה', וזאת לאחר כ-90 שעות של מירוץ. נצפו גם הפרשים של כ-2% בלבד במירוצי הנג"ש האישיים והקבוצתיים. המסקנה מכל זאת היא שגם כיום הפערים בין הראשונים קטנים ביותר, כולל במירוצי הנג"ש שבהם לאווירודינמיות יש חשיבות רבה.


מה ניתן לעשות כדי לשפר את מהירות הרכיבה?
מטבע הדברים, הרוכבים מחפשים כל דרך להגדיל את הפערים הקטנים הללו. קשה לעשות זאת רק בעזרת שיטות אימון מתקדמות, כיוון שהן דומות מאוד זו לזו כתוצאה מהידע הנגיש לכל אחד. כיום ניתן להוריד תכניות אימון מהאינטרנט, ומאמני העל ברכיבת אופניים נגישים לכולם באמצעות הדואר האלקטרוני (ועוד כמה מאות דולרים בחודש...). אי לכך, מה שנותר הוא שיפור הציוד, ולכן חלק ניכר מההשקעה כיום הוא בשימוש בטכנולוגיה, בעיקר אווירודינמית. יש להביא בחשבון שגם משקל האופניים מוגבל כיום, בעיקר על-ידי איגוד האופניים העולמי (UCI), ובסך-הכול ההבדלים בטכנולוגיית ייצור האופניים כבר אינם משמעותיים במתן יתרון למתחרה אחד על משנהו. ה-UCI מנסה להגביל את הנושא האווירודינמי גם באמצעות הגבלות במבנה האופניים, בגלגלים ובציוד נלווה ואף בתנוחת הרכיבה שעל הרוכב לשמר בזמן תחרות.
במסגרת כל המגבלות הללו מנסים הרוכבים להשיג יתרון. במאמר זה נסקור את הגורמים המשפיעים על האווירודינמיות של הרוכב ואת הרכיבים שבהם ניתן לשלוט כדי לשפרה ולהשיג בכך תוצאה טובה יותר ברכיבה.


* תנוחת הרכיבה
האווירודינמיות של הרוכב מורכבת מכמה גורמים ובהם התנגדות הרוח (Drag), התנגדות הגלגול - חיכוך עם הכביש וחלקי הינע (גלגלי שיניים, מיסבים וכו'). ברכיבת אופניים במהירויות גבוהות, המיוחסות בדרך כלל לקצב תחרות, כ-90% מיוחסים להתנגדות הרוח (כ-30% לאופניים עצמם וכ-60% לתנוחת הרוכב) ו-10% התנגדות/חיכוך של חלקים בתוך האופניים. מכאן ניתן להבין כי 60%-50 מהאווירודינמיות הכוללת מושפעת מתנוחת הרכיבה, ורק כ-25 עד 30% מהאופניים ומהציוד הנלווה (+10% התנגדות הגלגול). רוכבים רבים מחפשים שינויים באופניים עצמם, ש'יאלצו' אותם לשבת בתנוחה רכונה יותר, אך למיצוב גופו של הרוכב על האופניים ולסוג האחיזה ישנה ההשפעה הרבה ביותר. במחקר נמצא כי ירידה למצב Drops (אחיזה נמוכה ביותר בכידון) באופני הכביש שיפרה בכ-20% את ההתנגדות, וירידה למצב Drops עם השטחת הגב תרמה לירידה של כ-28% לעומת המצב הרגיל (קייל וברק, 1984). נבדקה גם ההשפעה של גודל גופו של הרוכב על צריכת החמצן במאמץ (סוויין, 1987), והתברר כי על-אף שהתנגדות הרוח גדולה יותר ככל שהרוכב גדול יותר (שטח פנים גדול יותר) מבחינה אבסולוטית, כאשר משווים זאת למשקל הרוכב מגלים כי למסת השריר שלו יש שטח פנים קטן יותר שעליו 'להתגבר'. התברר עוד שההבדלים הגיעו אף ל-22% ברוכבים שגובהם יותר מ-185 ס"מ, כלומר רוכבים אלו צרכו 22% פחות חמצן באותה דרגת מאמץ כאשר היא נבדקה אל מול תנוחת הרכיבה.

* גלגלים
חלק ניכר מגיאומטריית השלדה (מבנה השלדה מבחינת זוויות ואורכים) ושטח הפנים נתפס על-ידי הגלגלים, ולכן ברור כי תרומתם רבה בכל הקשור לאווירודינמיות של האופניים עצמם. נעשו מחקרים רבים, בעבר וגם כיום, סביב הגלגלים, וניתן לומר כי חשיבותם כיום מבחינת הציוד ברכיבה היא הגדולה ביותר. מנגד, חלק ניכר מהמחקרים המספקים את הנתונים נעשים על-ידי החברות שמייצרות את הגלגלים, ולכן קשה להשיג מידע 'נקי' ואמין לגמרי.

הגלגלים המהירים ביותר במישור ובירידה הם גלגלי ה'דיסק' (גלגלים מלאים). עובדה זו נתמכת במחקרים רבים, כולל חיצוניים (טו וסיירס, 1999). הבעיה היא רוחות הצד - כשאלה רגועות גלגלי הדיסק עשויים להביא לשיפור של עד 26% באווירודינמיות לעומת גלגלי 'שפיצים' רגילים. אבל כשהזווית גדולה מ-45 מעלות, האפקט המכני יורד עקב התמודדות עם כוחות צד חזקים שמופעלים על הרוכב. ואכן, כשישנן רוחות צד חזקות (גם אם במשבים), הרוכבים המקצוענים בוחרים בגלגלים בעלי פרופיל נמוך, שגובה החישוק בהם אינו עולה על 20 מ"מ, לעומת גלגלים אווירודינמיים בעלי פרופיל גבוה שבהם החישוק מגיע לגובה של עד 100 מ"מ או גלגל דיסק מלא. יש לזכור גם כי משקלם של גלגלים אלו רב יותר, ובעליות, גם אם הן מתונות, האפקט שלהם יורד עקב משקלם והמהירות הנמוכה יחסית.

 
גלגל דיסק (מלא)                                     גלגל בעל פרופיל גבוה-עמוק

 

    
גלגל בעל פרופיל נמוך
 

* גיאומטריית שלדת האופניים
מק'ול והאגברג הוכיחו כבר בשנת 1990 כי רכיבה על אופניים בעלי גלגל קדמי של 24 אינץ' עשויה לשפר את צריכת החמצן ב-4 עד 7% לעומת שני גלגלים סטנדרטיים של 700 מ"מ. זדרבקוביץ (1992) ביצע שינויים בשלדות קיימות והוסיף להן תוספות פלסטיק כדי 'שיחליקו' טוב יותר על פני האוויר. לטענת החוקר, הוא הצליח לשפר את זרימת האוויר ב-4% על שלדה קיימת.
אחת מפריצות הדרך בתחום זה נעשו על-ידי היל (1993) באופני ה-'Lotus Sport' של כריס בורדמן, ששבר את שיא העולם בשעה. אופניים אלה נבנו במיוחד לצורך שבירת השיא. בבדיקת האופניים יחד עם הרוכב במנהרת רוח נתגלה כי ישנה ירידה של 6.6% בהשוואה לאופניים רגילים, אך כאשר האופניים נבדקו ללא הרוכב השיפור היה כ-30%. המסקנה היתה שיש לשפר את תנוחת הרוכב על האופניים עצמם וללמדו מנח גוף חדש. ואכן, לאחר שינויים אלו הושג שיפור של 2.2 שניות על פני מרחק של 400 מטר! אופניים אלו פרצו את הדרך לשלדות ה'מונוקוק', שכללו יציקות אחידות וגימורים אווירדינמיים. מאז החלו לבדוק במנהרת רוח כל שלדת כביש/נג"ש שמיוצרת לשוק התחרותי.

   
אלוף העולם לשעבר בתחרות איש הברזל, קרייג אלכסנדר
בבדיקה במנהרת רוח

* דראפטינג (Drafting)
החשיבות של דראפטינג ידועה ואף נידונה בעבר באחד המאמרים הקודמים במסגרת מדור האופניים בעיתון זה. הכוונה להיצמדות לרוכב שלפניך, מצב היוצר מעין 'כיס אוויר' שהרוכב נשאב אליו ולכן משקיע פחות אנרגיה כדי לרכוב באותה מהירות של המוביל. השיפור בצריכת האנרגיה במהירות של כ-40 קמ"ש עשויה לנוע מ-47% כאשר (תיאורטית) הגלגלים צמודים זה לזה, ועד 27% כאשר יש פער של שני מטרים בין שני הגלגלים (קייל, 1979). יש להבחין במהירות שבה מבצעים את הדראפטינג: ככל שהיא עולה - האפקט עולה בריבוע ולהיפך: בדראפטינג במהירות 32 קמ"ש במרחק של עד 0.5 מטר ייחסכו עד 30%, אך בדראפטינג על רכב במהירות 40 קמ"ש ייחסכו עד 68%!
להלן פירוט השינוי (באחוז) בצריכת החמצן כאשר הרוכב מבצע דראפטינג במרחק של 0.5-0.2 מטרים מהרוכב שלפניו או מקבוצת רוכבים או מרכב:
- מאחורי רוכב אחד במהירות של 32 קמ"ש - 18%
- מאחורי רוכב אחד במהירות של 40-37 קמ"ש - 27%
- רוכב המוקף ב-7 רוכבים - 39%
- רוכב מאחורי רכב במהירות 40 קמ"ש - 62%
הירידה בהשקעת הכוח הנדרש כאשר מבצעים דראפטינג:
- רוכב מאחורי רוכב אחד בטור - 66%-61
- רוכב בטור במקום ה-3 או ה -4 - 62%-57

* ביגוד
במעבר לביגוד לייקרה שהרוכבים משתמשים כיום ניתן לחסוך עד כ-11% מההתנגדות הרוח (Drag) ביחס לביגוד ספורט רגיל. פונס (1989) בדק את היחס אל מול מכנסיים וחולצה רגילים ומצא חיסכון של כ-30%. רוב הביגוד כיום הוא ביגוד 'טכנולוגי', שנבדק במעבדות ובמנהרות רוח. פריצת הדרך בתחום זה נעשתה ע"י חברת נייק העולמית עבור הרוכב האגדי לאנס ארמסטרונג. הם פיתחו את חליפת ה'עור' שמטרתה כפולה: להיות צמודה ככל שאפשר, כך שאין קפלים מכל סוג שהוא, ולייצר חומר שהתנגדותו לאוויר תהיה הנמוכה ביותר. אגב, טכנולוגיה דומה הוצגה בשנים האחרונות בתחום השחייה - חליפות המדמות עור של כריש או דולפין במים. מאוחר יותר, עקב ריבוי שבירת שיאים בבריכה, נאסר שימושן.
להלן השיפור באווירודינמיות באמצעות שימוש בציוד מגוון:
- חליפת לייקרה - 11%
- קסדה אווירודינמית - 7%
- כידון מותאם - 10%
- החלפת ביגוד רגיל בביגוד צמוד - 30%
- חליפת צמר מול לייקרה - 8.4%-7.6
- חליפת לייקרה רגילה לעומת זו של נייק בזמן דיווש - 4% וללא דיווש - 6%

* קסדות
מזה כ-30 שנה מייצרות חברות הציוד קסדות שמטרתן אחת - 'לחתוך' את האוויר בצורה הטובה ביותר. עובדה זו הובילה לכך שהקסדות היו למעשה כיסוי מפלסטיק שלא הגן על ראשו של הרוכב. בשנת 2002 שינה ה-UCI את החוקה (בעקבות מותו של רוכב בזמן תחרות רשמית), וקבע כי על הקסדות לשמור על ראשו של הרוכב מפני פגיעה. זה אמנם שינה את חוקי המשחק לזמן קצר, אך מהר מאוד הדביקה הטכנולוגיה את הפער וכיום ניתן לראות, גם אצל רוכבים חובבים, קסדות אווירודינמיות שעומדות בתקן הנדרש. השיפור המתקבל משימוש בקסדה כזו הוא כ-7%, בתנאי שהרוכב שומר על מנח ראש-צוואר של כ-45% ו'זנבה' של הקסדה המשכית לגב הרוכב. רכיבה בקסדה כזו עדיפה על רכיבה ללא קסדה כלל, אך שימוש בכל זווית אחרת מ-45% ישווה את השיפור לשימוש בקסדה רגילה ויבטל בכך את הצורך בהשקעה הכספית הגדולה בקסדה מסוג זה.


סיכום
החלוקה הגסה מייחסת לציוד האופניים כ-33% מסך-כל ההתנגדות, וכי 67% הנותרים מיוחסים לתנוחת הרוכב ולמעשה להתנגדות שגופו מייצר. רוכבים רבים משקיעים סכומים נכבדים כדי לשפר את הציוד שברשותם ובכך להשיג יתרון על פני מתחריהם. נכון, אין לזלזל בעשרות האחוזים שתורם הציוד, אך לתנוחת הרכיבה יש משמעות גדולה יותר ואותה קשה לשפר. שינוי תנוחת הרכיבה מושפע ממספר רב של גורמים שנסקרו בעבר (ראה גיליון קודם) שכוללים בין היתר: גמישות הרוכב, יציבות ה-Core (ליבת הרוכב), פציעות עבר, רקע ברכיבה, ניסיון ברכיבה על אירובר ועוד. שינויים בתנוחה ישפרו רבות את ביצועי הרוכב על מסלול מסוים, אולם יש לזכור כי את השינויים האלו יש לבצע בהדרגה.
באשר לרוכבים ולטריאתלטים שאינם מוגדרים כ'מקצוענים': הביאו בחשבון שאם אופניכם נראים כמו של המקצוענים סביר להניח שלא תרגישו בנוח בתנוחה זו, ולכן לא תצליחו לשמרה לאורך זמן. ה'פשרה' הנדרשת מכם היא לרכוב בתנוחה רכונה פחות, דהיינו אווירודינמית פחות, אך בכזו שתוכלו לרכוב בה ולשמרה לאורך זמן (לעתים אף לאורך 180 ק"מ בתחרות איש הברזל). זכרו גם שבתנוחה כזו הסיכוי שלכם להיפצע משימוש יתר הוא גדול יותר, ולכן עליכם להקשיב תמיד לגופכם!

רשימת המקורות שמורה במערכת.

 

*דוד רזניק - B.P.T; פיזיותרפיסט מוסמך, מומחה בהתאמת אופניים לרוכב; מנהל תחום רכיבת אופניים, מרפאת 'מדיקס'

לרכישת מנוי למגזין "עולם הריצה" במחיר מיוחד לגולשי אתר SPORTWEB

לחצו כאן או שלחו מייל  olam-haritza@iaa.co.il

  • הגורמים העיקריים המשפיעים על האווירודינמיות של הרוכב הם קודם כול תנוחת הרכיבה וגם מבנה האופניים והציוד הנלווה

    © YURY MARYUNIN - Fotolia.com

סגור