Medición de variables relevantes

Velocidades

Para medir Velocidades utilizaremos el concepto de Cadencia del pedaleo. Este se refiere a las revoluciones por minuto que imprime el ciclista en el pedaleo. El método consistirá en hacer un cálculo aproximado de la cadencia mediante la observación simple del ciclista, y por medio de este cálculo obtener la Velocidad.

Se cuenta la cantidad de veces que un mismo pedal llega al punto inferior de su trayecto (cerca del suelo) durante un periodo de 15 seg. Luego multiplicamos esta cantidad por 4 obteniendo las revoluciones por minuto de la bicicleta. Finalmente multiplicamos esta cantidad por el Perímetro de la Rueda de la bicicleta y dividimos por 60, obteniendo la velocidad media del ciclista en m/s.

v: Velocidad Media de la bicicleta en m/s

V: Cadencia de pedaleo o revoluciones por minuto

R: Radio de la Rueda de la bicicleta en metros

Resistencias

El conjunto bicicleta-ciclista debe superar diferentes resistencias para que se produzca el desplazamiento. Las resistencias que se oponen al movimiento del ciclista son tres:

1. Resistencia de Rodadura. Es la resistencia que se genera por la fricción de las ruedas sobre el asfalto.
2. Resistencia a la Gravedad. Siempre que hay un cambio de altitud (cualquier mínima cuesta o pendiente supone un cambio de altitud) tenemos que vencer la resistencia de la gravedad, que va a ser proporcional al peso y a la diferencia de altitud.
3. Resistencia Aerodinámica. A pesar de que parece que no existe el aire o que no ofrece ninguna resistencia al avance, esta resistencia aumenta de forma exponencial con la velocidad de desplazamiento. A velocidades inferiores a los 15-20 kms/hora (sin viento) la resistencia aerodinámica es muy baja, pero a velocidades de desplazamiento superiores a los 30 kms/hora (sin viento) la resistencia aerodinámica se convierte en la resistencia más importante (y con mucha diferencia) que tiene que vencer el ciclista.

Para calcular en una situación real cada una de estas Resistencias seguiremos el siguiente procedimiento:

Resistencia a la Rodadura:

Incluiremos en esta Resistencia las generadas por la fricción de los diferentes elementos mecánicos de la bicicleta.

Primero eliminaremos la Resistencia a la Gravedad utilizando un campo de prueba sin cambios de altura y pendiente 0. Se hará una prueba a velocidad aproximada de 15-20 km/hora para así despreciar también el efecto de la Resistencia del Aire, la cual a esas velocidades es mínima. De esta manera, la única resistencia actuando será la de Rodadura o de Fricción de las Ruedas sobre el asfalto. Se mide el tiempo que se demora en disminuir notoriamente la velocidad la bicicleta luego de ser impulsada con una velocidad inicial pequeña. Se obtiene la aceleración de la bicicleta:

Mediante la ley de Newton se puede obtener la fuerza buscada

F: Fuerza de Roce

m: Masa del conjunto bicicleta-ciclista

a: Aceleración

Mediante la Ley de Roce podemos obtener un coeficiente de Roce Dinámico para esa superficie y bicicleta en particular.

F=u*n

Este coeficiente será útil para las pruebas realizadas bajo las mismas condiciones anteriores (Misma superficie, misma bicicleta, misma presión en los neumáticos, etc.)

Resistencia a la Gravedad

Esta no la calcularemos pues no es de nuestro interés para el proyecto ya que sólo influyen el peso del conjunto bicicleta-ciclista y la pendiente o diferencia de altura. El Dispositivo que diseñemos no podrá influir en esta Resistencia.

Resistencia Aerodinámica

Repetimos el ensayo realizado para obtener la Resistencia a la Rodadura pero esta vez a velocidad mayores a 30 km/hora. De esta manera se puede hacer un análisis de fuerzas en donde podremos despejar la Resistencia Aerodinámica, pues conocemos la de la Rodadura.

m: Masa del conjunto bicicleta-ciclista

a: Aceleración

Presiones

La Presión ejercida sobre el conjunto bicicleta-ciclista se puede medir claculando la Resistencia Aetrodinámica total sobre el conjunto y la superficie total sobre la cual es ejercida. La primer parte ya sabemos como clacularla. La superficie debe ser sólo la que está “de frente”, la cual podemos calcular en forma aproximada proyectándola en un plano. Esto es utilizando la “sombra” generada por el conjunto.