ดราฟคนอื่นขึ้นเขา เบาขาขึ้นไหม?

นักปั่นขาประจำคงพอรู้กันอยู่แล้วว่าเวลาเราปั่นจักรยานทางราบ แรงต้านลมมีผลต่อความเร็วและแรงที่เราต้องใช้ปั่นมากทีเดียว การดราฟ (ปั่นตามหลังคันข้างหน้า) ช่วยประหยัดแรงได้ราวๆ 30-40% ยิ่งถ้ามีกลุ่มบังเราข้างหน้ายิ่งลดแรงที่ใช้ไปได้ร่วม 60-70% หรือมากกว่า

แต่จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเปลี่ยนจากทางราบไปสู่ทางลาด เวลาปั่นขึ้นเขาที่เราตามคันข้างหน้า เราจะยังประหยัดแรงเหมือนทางราบมั้ย?

ในการปั่นจักรยาน แรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของนักปั่นแบ่งออกกว้างๆ ได้เป็น 3 แรง คือ 1.) แรงต้านจากอากาศ 2.) แรงต้านจากการหมุน และ 3.) แรงโน้มถ่วงโลก ซึ่งสำหรับทางราบนั้น แรงต้านจากอากาศจะเป็นตัวแปรหลักที่เราต้องเอาชนะ รองลงมาคือแรงต้านจากการหมุน และแรงโน้มถ่วงโลก

D คือแรงต้านจากอากาศ, R คือแรงต้านจากการหมุน และ G คือแรงโน้มถ่วงโลก

สิ่งที่เกิดขึ้นสามารถเขียนรวมกันเป็นสมการเดียวได้ตามนี้ครับ

โดย FD = แรงต้านอากาศ, r = ความหนาแน่นของอากาศ, v = ความเร็วขณะนั้น, v = velocity, CD = สัมประสิทธิ์แรงฉุดของอากาศ และ A = พื้นที่หน้าตัด

พูดเป็นภาษาคนให้เข้าใจง่ายๆ คือ ยิ่งเราปั่นเร็วขึ้นเราก็ต้องใช้แรงมากขึ้นด้วย แต่ว่าแรงที่ต้องใช้มากขึ้นนั้นจะมากขึ้นแบบยกกำลังสอง!

ดังนั้นเหล่าบรรดาผู้ผลิตจักรยาน จึงพยายามพัฒนาผลิตภัณฑ์ของตนให้มีความลู่ลมมากยิ่งขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการทดสอบความลู่ลมของอุปกรณ์ในโมค์งลม หรือปั่นทดสอบในเวโลโดรม แต่สำหรับการปั่นขึ้นเขานั้น การวัดอิทธิพลของแอโรไดนามิกทำได้ยากกว่าครับ เพราะมีปัจจัยให้คุมเยอะกว่า

เพราะเมื่อไรที่ความชันเข้ามามีบทบาท แรงโน้มถ่วงโลกจะเริ่มมีอิทธิพลต่อการปั่นชัดเจน เราจะปั่นได้ช้าลง เพราะแรงที่เราใส่ลงไปจะกลายเป็นการเอาชนะแรงในแนวดิ่ง เทียบกับเวลาปั่นทางราบที่เราสู้แค่แรงที่เราต้องเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างเดียว และเมื่อความเร็วตกลงมาถึง 12kph แรงต้านลมจะมีค่าพอๆ กับแรงต้านการหมุนของยางเท่านั้น

ลองยกตัวอย่างการปั่นทางราบ สมมติเราปั่นคนเดียวใช้แรง 300 วัตต์ในการเอาชนะแรงต้านลม ทีนี้ถ้ามีคนอื่นมาปั่นบังลมข้างหน้าเราจะประหยัดแรงไปได้ราว 1 ใน 3 หรือประมาณ 100 วัตต์ เหลือที่ต้องออกแรงเองเพียง 200 วัตต์

แต่ที่ความชัน 6% กับความเร็วประมาณ 10kph กว่า 80 เปอร์เซ็นต์ของแรงที่เรากดลงไปจะเอาใช้เอาชนะแรงโน้มถ่วงโลก เหลือไว้เอาชนะแรงต้านอากาศเพียง 10 เปอร์เซ็นต์

นั่นหมายความว่าบนทางลาดชัน หากคุณใช้แรง 30 วัตต์ในการเอาชนะแรงต้านอากาศ การปั่นดราฟคนอื่นขึ้นเขา คุณจะประหยัดแรงไปได้เพียง 10 วัตต์เท่านั้น ประหยัดได้น้อยกว่าการเอาจักรยานไปฉีดน้ำทำความสะอาดเสียอีก* การออกแรง 300 วัตต์ระหว่างการดราฟคนอื่นทางราบนั้นให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าทางเขาราว 90 วัตต์เลยทีเดียว

(*ข้อมูลจากการทดสอบในเว็บไซต์ FrictionFact พบว่าหากคุณทำความสะอาดชุดขับเคลื่อนให้นิ้ง วิ้ง หยดน้ำมันโซ่ดีๆ จะประหยัดพลังได้ 8-12 วัตต์ เปรียบเทียบกับชุดขับที่เกรอะกรังไปด้วยคราบฝุ่น ทรายและโคลน อันนี้ เป็น best case vs worst case scenario ครับ ถ้าชุดขับไม่ได้เลอะมาก ทำความสะอาดแล้วก็อาจจะช่วยได้สัก 3-5 วัตต์)

แล้วที่ความชันเท่าไรที่แรงโน้มถ่วงจะกินแรงเรามากกว่าแรงต้านลม?

เรื่องนี้มีคนเคยทดสอบหลายครั้งครับ การทดสอบล่าสุดพบได้ในเอกสาร Whitepaper เปิดตัวจักรยาน Cannondale SystemSix ที่วิศวกรของ Cannondale อธิบายฟิสิกส์ในการปั่นจักรยานเบื้องต้น

อย่างที่กล่าวไปข้างต้น เวลาปั่นทางราบแรงที่เราต้องต่อสู้เพื่อให้จักรยานเคลื่อนที่ไปข้างหน้ากว่า 90% คือแรงต้านลม​ แต่เมื่อถนนชันขึ้นเรื่อยๆ เราจะเจอจุดตัดที่เราต้องออกแรงสู้แรงโน้มถ่วง เท่ากับหรือมากกว่า แรงต้านลมครับ

จุดตัดนี้จากการทดสอบของ Cannondale คือที่ความชัน 6% เป็นต้นไป

อย่างไรก็ดีจุดตัดนี้จะเพิ่มขึ้นหรือลดลงขึ้นอยู่กับความแข็งแรง และน้ำหนักของนักปั่น (power to weight ratio) ถ้าเราแข็งแรงและตัวเบา (power to weight สูง) จุดตัดนี้ก็จะเลื่อนขึ้นไปที่ความชันที่สูงขึ้นด้วย นั่นก็เพราะถ้าเราตัวเบาและแรงเยอะ เราก็จะปั่นขึ้นเขาได้เร็วกว่าคนปกติ

ความเร็วที่มากขึ้นก็คือแรงต้านอากาศที่มากขึ้นครับ Cannondale พบว่าค่า power to weigh ของนักปั่นที่ทำได้สูงประมาณ 5 w/kg ต้องเจอความชันอย่างน้อย 7-8% ถึงจะเจอจุดตัดที่เราต้องเอาชนะแรงโน้มถ่วงเท่ากับหรือมากกว่าแรงต้านลม

สิ่งที่เรียนรู้จากการทดลองนี้ก็คือ ถึงจะขึ้นเขาชันที่ความเร็วไม่สูงมากนัก เราก็ยังต้องสู้แรงต้านลมอยู่ดี เพราะงั้นถ้ามีคนบังลมให้เราก็ช่วยประหยัดแรงได้พอสมควรครับ แต่ถ้าเราไม่แข็งแรงนัก ปั่นขึ้นเขาได้ไม่เร็วเท่าไร การมีคนช่วยบังลมก็ไม่ได้ช่วยเท่าไร

ลองดูกราฟสุดท้ายนี้แจกแจงสัดส่วนการออกแรงของเราเทียบกับความชันของถนนครับ กราฟนี้สมมติการออกแรงเฉลี่ยต่อเนื่องที่ 300 วัตต์

Drag = แรงต้านลม
PE = แรงต้านแรงโน้มถ่วง
RR = ความต้านทานการหมุน (พูดง่ายๆ คือความหนืดของยาง)
WB = แรงต้านทานในจุดหมุนต่างๆ เช่นลูกปืน
Mech Eff = แรงต้านทานในชุดขับเคลื่อน (โซ่ เฟืองสะอาดแค่ไหน หยดน้ำมันหล่อลื่นหรือเปล่า)

เราจะพบว่าในกราฟดังกล่าว ยิ่งความชันสูงขึ้นแท่งสีเขียว (แรงต้านลม) จะลดลงอย่างต่อเนื่อง และถูกแทนที่ด้วยแท่งสีน้ำเงินแทน (แรงต้านทานแรงโน้มถ่วงแทน)

อีกการทดลองในปี 2017 Theo Ouvrard โค้ชของทีมดิวิชันสองจากฝรั่งเศส Fortuneo-Samsic ร่วมกับนักวิจัยจาก Sports University ให้นักปั่นทดสอบปั่นขึ้นเขาเทียบกันระหว่างการปั่นคนเดียวกับปั่นดราฟคนอื่น

การทดลองให้นักปั่นสมัครเล่น 12 คน (แต่ละคนมีกำลังสูงสุดเฉลี่ย 5.8 วัตต์ต่อกิโลกรัม) ปั่นขึ้นเขายาว 2.7 กิโลเมตร ชันเฉลี่ย 7.4% 3 ครั้ง ครั้งแรกให้ปั่นขึ้นด้วยตนเอง และสองครั้งที่เหลือให้ปั่นดราฟคนอื่น

ผลลัพธ์ที่ได้จากการวิจัยคือ

• การดราฟขึ้นเขาใช้เวลาน้อยกว่าการปั่นเดี่ยวราว 23 วินาที ประสิทธิภาพในการปั่นเพิ่มขึ้นราว 4%
• การดราฟขึ้นเขา ช่วยเพิ่มวัตต์ให้กับการสปริ้นท์เข้าเส้นชัยได้อีกราว 10% (แรงเพิ่มขึ้นเหมือนได้บัฟสกิลในเกม MOBA)
• การดราฟทีมเดียวกัน ช่วยสร้างความอุ่นใจให้นักปั่นเพิ่มขึ้น 41% เทียบกับการปั่นขึ้นเขาคนเดียว
• การดราฟทีมเดียวกันหรือต่างทีมให้ผลลัพธ์ทางแอโรไดนามิกส์ที่เหมือนกัน แต่การดราฟทีมเดียวกันจะช่วยคุมเพซในการปั่น และลดอุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้นได้ดีกว่า

จากข้อมูลอาจดูว่าการดราฟขึ้นเขานั้นได้ประโยชน์แค่เพียงเล็กน้อย แต่ผู้เชี่ยวชาญก็แนะนำว่าหากมีโอกาสให้ดราฟได้ก็ควรทำ เพราะแม้จะประหยัดได้น้อยแต่ก็ยังดีกว่าไม่ได้อะไรเลย อีกอย่างการดราฟนั้นเป็นของฟรี ยิ่งถ้าคุณปั่นขึ้นได้เร็วเท่าไหร่ ผลจากการดราฟก็ยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย และการปั่นตามคนอื่นยังช่วยเสริมสร้างกำลังใจได้ดีกว่าการปั่นเดี่ยวเหงาๆ เป็นไหนๆ

สิ่งที่ต้องระวังในการปั่นดราฟขึ้นเขาคือ อย่าปั่นเกินลิมิตของตัวเองมากเกินไป เพราะแทนที่จะได้ประหยัดแรง อาจหม้อน้ำแตก ร่วงปลิวก่อนจะถึงยอดก็เป็นได้

สรุป

การปั่นดราฟขึ้นเขาที่ความเร็วต่ำ ช่วยประหยัดแรงได้ราว 3–4% เทียบกับดราฟทางราบที่ประหยัดแรงได้ราว 30% ถึงจะดูน้อยแต่ก็เป็นการเซฟแรงได้ฟรีๆ ครับ

ถ้าอยู่ในสถานการณ์การแข่งขันหากมีโอกาสให้ดราฟได้ก็เป็นกลยุทธ์ที่ดี เพราะเป็นการประหยัดเล็กๆ น้อยๆ ที่ได้มาฟรีๆ

ในทางกลับกันหากคุณถูกคู่แข่งดราฟอยู่ ถ้าจะหนีก็ต้องเอาให้ขาด เพื่อลดความได้เปรียบเสียเปรียบจากการโดนดราฟ และคงเป็นเหตุผลที่ว่าเวลาเราเห็นนักแข่งในทีวีทำไมเขายังปั่นจี้กันอยู่ถึงทางจะชันมากก็ตาม เพราะนักปั่นอาชีพขึ้นเขาได้ไวกว่าเราก็จะต้องสู้แรงต้านลมมากกว่าด้วย การจี้ตามกันจึงมีประโยชน์ไม่น้อย ในเชิงจิตวิทยายังช่วยห้ไม่ถูกดักตีหัวหน้าเส้น แถมยังเป็นการข่มขวัญคู่ต่อสู้ทางอ้อมได้ด้วยครับ

ถ้าปั่นสนุกๆ แต่อยากประหยัดพลังหรืออยากไปไวขึ้นแบบเป็นกลุ่ม ใช้วิธีปั่นตามกันใกล้ๆ ก็ประหยัดแรงได้ไม่น้อยครับ