Bedeutet größere Räder weniger Kraftaufwand beim Treten?

Unter der Annahme, dass wir ein Fahrrad mit festem Gang verwenden und die Breite der Räder gleich ist, habe ich mich gefragt, ob größere Räder im städtischen Umfeld weniger Aufwand bedeuten, um von Punkt A zu Punkt B zu gelangen. Ich denke nach der Formel für Umfang:

Wobei r der Radius eines Fahrradrades ist. Beim Betrachten dieses Gifs für eine vertikale Darstellung des Umfangs zusätzlich:

Es scheint, dass Sie mit größeren Rädern in einer städtischen Umgebung mit weniger Radumdrehungen von Punkt A zu Punkt B gelangen. Aber bedeutet das auch, dass ich weniger arbeiten muss, um dorthin zu gelangen? Was ist bergauf? Hilft / schmerzt es, wenn größere Räder bergauf fahren?

Vorausgesetzt, die Straße ist völlig glatt und das Gewicht der Räder wird vernachlässigt, macht es keinen Unterschied: Sie müssen immer noch die gleiche Menge an Arbeit leisten. Im Wesentlichen bieten größere Räder ein höheres Übersetzungsverhältnis. Wenn Sie also den Durchmesser der Räder verdoppeln, müssten Sie sie nur halb so oft drehen, also müssen Sie die Pedale nur halb so oft drehen, aber Sie müssen doppelt so fest auf sie drücken.

In Wirklichkeit gibt es jedoch Grenzen für das, was Sie tun können. Wenn Sie 100 kg Holz heben müssen, ist es einfacher, jeweils 10 kg zu heben, obwohl die gesamte Arbeit dieselbe ist, als wenn Sie das gesamte Los auf einmal heben. In ähnlicher Weise werden Sie physiologisch effizienter (und komfortabler!) Mit bestimmten Bereichen von Trittfrequenz und Kraft in die Pedale treten.

Größere Räder rollen besser über Unebenheiten. Stellen Sie sich als einfaches Gedankenexperiment eine Grube vor, deren Breite dem Durchmesser Ihres Rades entspricht. Offensichtlich fällt das Rad direkt in die Grube. Wenn Sie jedoch ein Rad mit dem doppelten Durchmesser in Betracht ziehen, fällt es nur ein kleines Stück in die Grube, während es über diese Brücke fährt.

In der Praxis stehen jedoch nicht viele Radgrößen zur Auswahl. Entweder Sie kaufen ein Faltrad mit kleinen Rädern, oder Sie kaufen ein Fahrrad ohne Faltrad mit Rädern mit einem Durchmesser von 62 cm (oder 56 cm für Mountainbikes).

Arbeit ist Kraft mal Distanz.

Ein größeres Rad dreht sich nicht so viel, sondern Sie müssen mehr Kraft aufbringen, um es zu drehen. Der Energieeinsparung entgeht nichts.

Außerdem wissen Sie, dass Sie einen festen Gang gewählt haben, aber denken Sie daran, dass ein Mehrgang-Setup im Wesentlichen das Gleiche tut, was Sie vermuten, aber anstatt die Radgröße zu ändern, ändert sich das Drehmoment-Geschwindigkeits-Verhältnis zwischen Rad und Kurbel.

Die Radgröße ist nur ein Teil der Gleichung, die die Trittfrequenz mit der Fahrbahnentfernung verbindet. Zahnräder können dieses Verhältnis (fast) ebenfalls ändern.

Selbst in einem Fixie können Sie durch Wechseln der Kettenräder einen niedrigeren oder höheren Gang einlegen, wodurch das Fahrrad für flaches oder hügeliges Gelände besser geeignet ist.

Wenn Sie entscheiden, dass Sie die Kettenräder eines Fixies nicht ändern können, wirkt sich die Radgröße (die tatsächlich viel schwerer zu ändern ist als die Kettenräder) auf die Trittfrequenz für eine bestimmte Geschwindigkeit aus.

In Bezug auf die Arbeit: Bei jedem Verhältnis von Pedal zu Straße ist die körperliche Arbeit genau gleich. Aufgrund menschlicher Einschränkungen kann es schwierig (sogar unmöglich) sein, sehr schnell oder sehr langsam zu treten.

Die Übersetzungsverhältnisse ermöglichen es nur, die Trittfrequenz dort zu halten, wo der menschliche Körper besser arbeiten kann.

Wenn Sie das bevorzugte Getriebe eingestellt haben, wirkt sich die Radgröße nur auf den Komfort (größere Räder können Unebenheiten auf einem geraden Weg überbrücken) und das Gewicht (größere Räder sind etwas schwerer) aus.

Nein, es hängt davon ab, welcher Gang Ihr fester Gang ist. Große Räder mit einem (festen) niedrigen Gang ähneln kleinen Rädern mit einem (festen) hohen Gang.

Das (feste) "Zahnrad" ist das Verhältnis der Anzahl der Zahnräder auf der Vorderseite zur Anzahl der Zahnräder auf der Rückseite (was, denke ich, von Fahrrad zu Fahrrad variieren kann).

Außerdem würde ich erwarten, dass große Räder es schwieriger machen, nicht einfacher. Räder, die einen Zoll hoch sind, lassen sich leicht drehen (aber fahren Sie nicht sehr weit oder sehr schnell). Umgekehrt würde das Drehen von Rädern, die eine Meile hoch sind, viel Kraft erfordern.

Zwei Dinge zu beachten, die für die Effizienz des Fahrrads wichtiger sind als der Raddurchmesser.

Edit: bei der Recherche ist meine Überlegung zum Gewichtsverhältnis sehr falsch ... Radgewichtsdiskussion

• Reifenbreite

Breitere Reifen haben einen höheren Rollwiderstand, gleichen jedoch die Unebenheiten auf der Fahrbahn besser aus als dünne Reifen, was zu einer insgesamt besseren Effizienz führt.

Reifenbreite Diskussion

Schauen Sie sich den Trend der Profi-Radsportteams zu breiteren Reifen an.

Wenn Sie über alle oben genannten Überlegungen zu Größe, Übersetzungsverhältnissen usw. nachdenken, die besagen, dass die benötigte Energie gleich ist, ist dies sinnvoll. Genau. Aber wenn Sie nicht hier sind, um zu zeigen, wie intelligent Sie sind, und die Schwerkraft zur Gleichung hinzuzufügen, gewinnen kleinere, feste Räder, weil beide es leicht haben, bergab zu fahren. Ok, ich weiß, dass Sie mit größeren Rädern schneller fahren können, aber Sie können mit beiden Rädern frei laufen. Die Schwerkraft erledigt also die Arbeit für Sie. Andererseits bestraft die Schwerkraft größere feststehende Räder, die bergauf fahren. Das ist die Realität! Boyaka!

tl; dr: Nein, tatsächlich kann ein größeres Rad mehr Aufwand bedeuten

Die Beantwortung einer ähnlichen Frage ermöglichte es mir, eine Zulassung in meinem angesehenen Institut zu erhalten. Ich werde versuchen, nicht zu technisch zu werden, los geht's.

Sie sind sehr korrekt zu sagen , dass C(Umfang) in der Tat 2 mal PImal r(Radius des Rades genommen) , und wenn wir die Konstanten verbergen können wir sicher sagen , dass Cdirekt proportional ist r.

Im Klartext ändert sich die zurückgelegte Strecke (unabhängig von den Straßenzuständen, sei es im Stadtverkehr, auf welligen Straßen oder sogar auf geneigten Straßen) direkt als Radius.

Denken Sie darüber nach, wenn Sie in einem Bus sitzen, können Sie mit praktisch keiner Anstrengung Hunderte von Kilometern zurücklegen. Sie selbst wissen, dass es schwierig sein wird, bergauf zu fahren. Warum? 1 Meter ist 1 Meter in alle Richtungen, es gibt eindeutig mehr zu "arbeiten" als nur die zurückgelegte Strecke.

Wenn es also um Anstrengungen geht, müssen wir auch über Kraft sprechen und nicht nur über die Verschiebung oder die zurückgelegte Strecke.

Nun ist die geleistete Arbeit das Skalarprodukt (betrachten Sie es als regelmäßige Multiplikation mit ein paar zusätzlichen Schnickschnack) von Kraft und Verschiebung. In unserem (etwas speziellen) Fall impliziert der vergrößerte Durchmesser / Radius des Rades, dass wir mehr Kraft aufwenden müssen, um es zu drehen (editiert n Gleichungen, sobald ich MathJAX lerne).

Im Klartext bedeutet Riesenrad mehr Anstrengung, um das Rad zu drehen, auch wenn wir das Rad als absolut schwerelos betrachten.