Форум о веломобилях и лигерадах

Цель этой темы - создание краткого справочника физических формул и стандартных величин для расчёта таких параметров велосипедов, как потребляемая мощность, сила сопротивления и других при разных начальных условиях.

ПРОТОТИП ТАБЛИЦЫ:
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Величина Обозначение Единицы измерения Формулы для расчёта (применительно к велотеме)
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Скорость (V) м\с (метры за секунду) V=L\T; V=a*t
.....................................................................................................................................................
Время (t) c (секунда) t=L\V; t=V\a
......................................................................................................................................................
Расстояние (длина) L м (метры) L=V*t;
....................................................................................................................................................................
Масса (m) кг (килограммы) массу можно определить из других формул, пока ещё не написанных здесь
...................................................................................................................................................................
Энергия E (Дж) Джоуль
1 ватт-час = 3600 Дж
(h - высота подъёма в метрах)

E=m*9.81*h - потенциальная энергия
E=m *V²/2 - кинетическая энергия
h=V²/2g - зависимость набираемой высоты (по инерции) от скорости (без учёта сопротивлений движению)
...................................................................................................................................................................................
Сила (Н) ньютоны 1 кгс = 9,80665 ньютонов ≈ 10Н кгс - килограмм силы (сила (тяги) в 1 кг, которую можно измерить обычными весами).
...............................................................................................................................................................................
Мощность (P) Ватт P = E\t; P=(V*Fдв)\КПД
КПД цепного привода ~0.95
...........................................................................................................................................................
Ускорение (а) м\с² а=F\m
...........................................................................................................................................................

СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ:

......................................................................................................................................................................
Суммарная сила сопротивления движению F_дв H (ньютоны)
F_дв=Fr+Fx+Fq
......................................................................................................................................................................
Сила сопротивления качению Fr H (ньютоны) Fr=fк*9,81*M

fк=коэффициента трения качения колеса для разных поверхностей:

fк=
Для асфальта = 0,005 – 0,01;
Для булыжной мостовой = 0,02 (слабо верится);
Для грунтовой дороги в хорошем состоянии = 0,02;
Для утрамбованного снега = 0,03
(данные из справочника конструктора веломобилей)


fk=Fr\9.81\M
...........................................................................................................................................................
Сила аэродинамического сопротивления Fx H (ньютоны)
Fx=Cx*p*V²*S/2

p - плотность воздуха;
V - скорость относительного движения воздуха;
S - площадь наибольшего поперечного сечения;
Cx - коэффициент лобового сопротивления (коэффициент обтекаемости)

Примерные значения S и Сх (данные из справочника конструктора веломобилей):

Бегущий человек ..................... S=0.7; Сх=1.0;
Велосипедист в высокой посадке S=0.7; Сх=1.1;
Велосипедист в низкой посадке S=0.36; Сх=0.83;
Лигерад..................................S=0.35; Сх=0.77;
Веломобиль «Вектор»...............S=0.42; Сх=0.11;


Значение "p" (плотности воздуха кг*1м³) для разных температур:
+30 = 1,1644 кг
+10 = 1,2466 кг
0 = 1,2920 кг
- 15 = 1,3673 кг

(данные из Википедии)


Хорошо бы найти описание технологии определения параметров Сх и S
...............................................................................................................................................................................
Сила скатывания (c уклона) Fq ; H (ньютоны) Fq = m* 9.81 * sinQ
sinQ - синус угла наклона дороги. Однако на картах (Google Earth например) наклон дороги указывается в %, т.е. отношение пройденного пути к набранной высоте.

Как перевести проценты в градусы?



Наверное проще начертить треугольник в чертёжной программе (зная длину и высоту подъёма), а потом просто замерить угол гипотенузы

Уклон 1% = 0.3 градуса sin=0,0052359638314195800937603181664324
Уклон 2% = 1 градус sin=0,017452406437283512819418978516316
Уклон 4% = 2.3 градуса sin=0,069756473744125300775958835194143
Уклон 6% = 3.3 градуса sin=0,057564026959567283582465423733628
Уклон 8% = 4.3 градуса sin=0,074978726826327700804965020399589
Уклон 10% = 5.3 градусов sin=0,092370587446561582344091324122274
Уклон 12% = 7 градусов sin=0,12186934340514748111289391923153
Уклон 16% = 9 градусов sin=0,15643446504023086901010531946717
Уклон 20% = 11.3 градуса sin=0,19594614424251769003915530808519


................................................................................................................................................................................

http://www.hembrow.eu/personal/kreuzotter/espeed.htm - лучший, на мой взгляд, калькулятор (можно посчитать скорость при известной мощности).

Страничку можно сохранить из браузера на диск, чтобы иметь к ней доступ в оффлайне.

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......

На данный момент я считаю, что велосипед это самый эффективный транспорт по соотношению затрат энергии, перевозимому грузу и времени выполнения этой работы. Вот тут некоторые расчёты на эту тему: http://hpv.com.ua/?p=7633 , а если кратко, то Эф.ТС= M* V / P
То есть эффективность равна массе, умноженной на скорость и делённой на мощность.

Потом я занялся вопросом вспомогательного электродвигателя (хочу сделать дополнительный привод для семейного веломобиля, чтобы он тянул увеличенный вес, а ездоки тянули только свой вес, как бы, ехали без груза). По этому понадобилось высчитать, сколько энергии надо иметь в запасе для повседневных поездок. Также, сравнивая мускульную силы например, с солнечной энергией из панелей я также прихожу к выводу, что этот способ сильно проигрывает мускульному приводу по эффективности.

Поэтому я решил сделать что-то вроде шаблона для расчёта затрат энергии при известных параметрах, таких как набор высоты и расстояние, (и других). Потом провести реальные тесты и сравнить их с теорией. Это должно привести к понимаю того, как улучшить эффективность велотехники и вообще позволит лучше понять, сколько именно энергии мы производим и тратим при езде и с чем это можно сравнить.

Летом у меня должен появится электропривод с возможностью измерения потраченной энергии за время, а это даст возможность сравнить разную велотехнику при одинаковой мощности на одном и том же участке дороги. Ответить на многие вопросы, например "что конкретно даёт обтекатель?" Также позволит выявить наиболее оптимальные режимы езды для разной техники, чтобы потом использовать эти знания в дальних поездках.

Что-то вроде вычисления наилучшей средней скорости (самой экономной) при известном расстоянии, наборе высоты, весе аппарата, груза и вашем.

Добавлено через 2 минуты 28 секунд:
куда-то делась кнопка редактирования сообщений! А я уже хочу дополнить и подправить первый пост. Пройденный путь в физике обозначается буквой s, а не D, как я написал.

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......

У меня она есть, может потому что я модер

_________________
Я проехал на Ветерке :
Более 30 тысяч км
В этом сезоне: много км
Я проехал на Гепарде : 1 453 км

Zа Россию, Zа Донбасс !!!

Я счастливый как никто ...

У меня её нет только для первого поста

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......

сделал Алексея куратором

_________________
viber, +7-926-702-1384, Skype: oleg-hof, email: hof5@mail.ru
Мои конструкции Лигерады "Пантера"
Вожу коврики "Ventisit" на заказ. Ремонт алюминиевых рам.

Вот тут почти все есть, см. разделы "Взаимодействие тел" и "Работа, мощность , энергия". Весьма толковые фильмы.



Такой физической величины как эффективность не существует, поэтому и формулу для нее не найти. Но ее можно придумать, причем каждый для себя может придумать свою.
Вот из этой Эф.ТС= M* V / P например, следует, что для тебя масса груза и скорость имеют одинаковую важность. То есть если массу или скорость увеличить вдвое то и эффективность возрастет вдвое.
А если человеку скорость важнее, то он может ее возвести в квадрат или даже в куб. Формула будет Эф.ТС= M* (V*V)/ P Тогда увеличение скорости вдвое увеличит эффективность вчетверо. Ну вот так он понимает эффективность, скорость для него важнее массы.
Короче говоря, эффективность физического смыла не имеет, и при этом зависит не столько от характеристик ТС, сколько от качества дороги.

Согласен. Тем не менее эти вычисления интересно проводить. А главное - они подтверждают возможности перевозки грузов на мускульной тяге. Времени тратится в 4 раза больше, чем на авто (в моём случае), зато энергии тратится в 20 (или более) раз меньше.
Но это личное дело.

За ссылки спасибо, уроки надо покачать обязательно Но сначала пройдусь по веломобильным книжкам для вылавливания формул, потом по Википедии и теории автомобилей.

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......

Алексей, когда разберешься с формулами, можешь использовать программу, которую я тогда еще сделал.
С помощью нее можно ответить на много твоих вопросов.

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.

Реальная емкость Аб расчитывается исходя из формулы :

А(емкость Акб по номиналу ) = А ном/1,25 , где

1,25 - коэффициент, учитывающий реальную отдачу Акб.

По поводу соотношения величин в Акб - смотри здесь : http://www.at-systems.ru/quest/new-ques ... ty-y.shtml

Расписано четко и конкретно

Это потенциальная энергия, а еще есть кинетическая E=m *V²/2. Если их приравнять, можно получить зависимость скорости от высоты h=V²/2g. То есть, до какой скорости можно разогнаться с горки заданной высоты(не учитывая трения). Или наоборот, на какую высоту можно заехать по инерции с некоторой скорости.
Не Джоль, а Джоуль.
Лучше вот так V².

А как ставить нормальный квадрат?

За формулу спасибо - добавил в энергию

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......

Вот этой кнопкой.

Может наоборот - высоты от скорости?

Кстати, интересный отсюда вывод - масса не влияет на набираемую высоту. Массы вообще нет в этой формуле. То есть два аппарата с разным весом, но едущие с одинаковой скоростью, имеют равные шансы набрать одну и ту же высоту на последующем подъёме...

Я этот эффект заметил во время "Одесской сотки 2013". На спуске догонял велосипедистов, а на последующем подъёме ожидал, что они сразу же уйдут вперёд, но оказывалось, что я даже некоторое время ехал быстрее их на подъём, пока инерции хватало Меня тогда это приятно удивило.

Правда на длительном подъёме, когда надо было просто тянуть педалями, они всё-же уходили вперёд. Вес начинал мне мешать.

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......

Это опять про сферических коней. В этой формуле трение не учитывается. А масса влияет на силу трения.

Зато масса (в данном случае кинетическая энергия) помогает преодолеть силу сопротивления воздуха

Ну да не будем же спорить! У нас есть формула для определения силы трения (и других тормозящих сил) , так что всё можно выяснить более-менее точно, если решить конкретную задачку с конкретными исходными данными.
Думаю, что в одних случаях масса будет мешать, а в других - будет помогать.

И ещё я думаю, что увеличенную массу можно компенсировать улучшенной аэродинамикой. В итоге получать те же затраты энергии на тот же путь при той же средней скорости. Но скорость в самом процессе езды будет отличаться от более лёгкого, но менее обтекаемого велосипеда.

Вот интересно выяснить, на сколько нужно улучшить обтекаемость, чтобы компенсировать увеличение веса, скажем на 1 кг? Конечно, всё это применительно к конкретному маршруту.

То есть это будет работать не для всех дорог Во как интересно

В любом случае всё это предстоит проверить. Для этого и создана эта тема.

[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=iSoH0u-Nu8M[/youtube]
В тему

Добавлено через 9 минут 48 секунд:


Большая масса, разогнанная до определённой скорости, имеет большую кинетическую энергию. Но и сила тяжести на неё влияет больше при подъёме.

А меньшая масса, разогнанная до той же скорости, имеет меньшую энергию, но и влияние силы тяжести на неё меньше.

Выходит, что масса не влияет на итог.

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......

Как раз наоборот. Более тяжелый вел имеет больше кинетическую энергию, т.е. его труднее разогнать(первый минус). При одинаковой силе трения он будет медленнее терять скорость. А сила аэродинамического сопротивления пропорциональна квадрату скорости, поэтому из-за более высокой скорости более тяжелый потеряет на аэродинамике больше энергии(второй минус). Неважно, что он немного дальше проедет по инерции, важно что потери у него больше. А все эти потери восполняет велосипедист. Ну и третий минус - потери на трение качения у него тоже больше. Поэтому легкие велосипеды так нравятся спортсменам .

Во-первых я бы хотел не начинать напрасный трёп.



Верно.

Но в конкретной ситуации я разогнался с холма, а потом заезжал на следующий за спуском подъём, и во время спуска и во время подъёма обгонял велосипедистов. Вот видео этого момента:
http://youtu.be/dZnPK1-lDrI?t=19m14s




Верно



Не всегда верно. Я писал, что более тяжёлый может быть более эффективным при некоторых условиях, в частности при лучшей, чем у более лёгкого, обтекаемости. То есть на большей скорости он не будет иметь большее сопротивление, т.к. обтекаемость у него лучше.


Верно, но опять же, в некоторых условиях лучшая аэродинамика может перекрыть бОльший вес, например при езде по более равнинной местности.




Верно. Но опять же, всё зависит от того, на сколько больше, на сколько тяжелее, на сколько лучше обтекаемость и по какому рельефу езда.

Считать нужно для каждой ситуации отдельно. В любом случае большой вес это плохо. Но, зная все плюсы и минусы своей машины можно использовать её максимально эффективно.

Например, если хочу участвовать в гонке по горной местности или по плохой дороге, то, проведя подсчёты я могу понять, есть ли мне смысл ставить обтекатель и увеличить вес, или же лучше быть легче, но с худшей аэродинамикой.


Пока давайте заполним все формулы для таких вот подсчётов, а потом просто проверим.


Вопросы, которые мне сейчас не понятны - как можно вычислить коэффициент сопротивления качению и аэродинамическое сопротивление, зная другие параметры (затраты энергии, скорость, массу)?

Должен быть какой-то алгоритм проведения опытов.

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......

По названию---велофизики не существует... Есть физика одинаковая для вело и авто и другой техники... Насчёт мощности необходимой для для преодоления подьёма надо вспомнить что такое киловатт. Если транспорт весом 100 кг поднимаеться за одну секунду на один метр \по вертикали\ то дополнительно к затрам на гоизонтальное движение ему необходима дополнительная мощность в 1 квт. А насчёт необходимой мощности её можно и не расчитывать. Это давно сделали за нас. И это около 6 киловатт на одну тонну общего веса.

_________________
Мой личный сайт (новый) - http://velomobily.at.ua/
Мой Канал на Ютуб - https://www.youtube.com/channel/UC4opyB ... ysH1I5pD2Q

Название подразумевает, что тема для поиска формул и упрощения расчётов, которые применимы к велосипедам и могут быть использованы для поиска конкретных решений.

Можно описывать всё через уравнения Энштейна, я ж не спорю. Но это нецелесообразно для описание велосипеда.



Вообще-то не 1 кВатт, а 981 Ватт.

E=m*9.81*h, которая показывает необходимое количество энергии, а если это произведено за 1 секунду, то это уже мощность.

100*9.81*1= 981 Дж

Мощность (P) = E\t, то есть 981\1= 981 Ватт



И где у вас велосипеды весом в 1 тонну?

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......