Connect with us

DT Guide

DT Guide: ล้อเบาขึ้นเขาไวจริงหรือ?

น้ำหนักที่ขอบล้อหรือดุม มีผลกับการปั่นทางราบ และทางขึ้นเนินยังไง? DT เจาะลึกให้แล้วครับ!

Koon

Published

on

ชั่วโมงนี้มีล้อจักรยานเสือหมอบให้เลือกเต็มไปหมด ตั้งแต่ราคาไม่กี่พันจนคู่ละเกือบสองแสนบาท ผู้ผลิตหลายรายอ้างว่าล้อของเขานั้นเบาและช่วยให้ปั่นดีปั่นเร็ว เทคโนโลยีคาร์บอนไฟเบอร์และอลูมินัม — สองวัสดุหลักที่ใช้ผลิตล้อก็พัฒนาไปไกลมาก จนเดี๋ยวนี้เรามีล้ออลูมินัมน้ำหนักไม่ถึง 1300 กรัมให้เลือกใช้ หรือจะเป็นล้อคาร์บอนขอบสูงแบบ clincher ที่หนักไม่ถึง 1400 กรัมต่อคู่ ก็มีไม่น้อยครับ

Wheel Physics 101

ผู้ผลิตล้ออาจจะบอกน้ำหนักมาแบบทั้งเซ็ต แต่น้อยแบรนด์ที่จะบอกว่าน้ำหนักของล้อส่วนใหญ่ มาจากไหน ดุมเบาหรือขอบล้อเบากว่ากัน? ทำไมเราต้องรู้ว่าน้ำหนักส่วนใหญ่ของล้ออยู่ที่ไหน? เพราะมันมีผลต่อคาแรคเตอร์การปั่นของล้อ และประสิทธิภาพโดยตรง

เรื่องของล้อจักรยานว่ากันแล้วมันก็เป็นวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์ล้วนๆ คำถามที่ว่าขอบล้อหนักหรือดุมหนักดีกว่ากันนี่ถกเถียงกันมานาน วันนี้เราลองใช้วิทยาศาสตร์ทำความเข้าใจดู และจะเสริมด้วยคำแนะนำจากผู้ผลิตล้อชั้นนำอย่าง Mavic และ Zipp เพื่อตอบคำถามที่ว่า น้ำหนักล้อมีผลกับประสิทธิภาพการปั่นแค่ไหน?

อันดับแรกเรามาดูกันก่อนว่า น้ำหนักของล้อที่ดุมและวงล้อ มีผลต่อการปั่นมากน้อยยังไง?

ถ้าเราจะเปรียบเทียบผลของน้ำหนักดุม (hub) กับวงล้อ (rim) ต่อการปั่น มันก็คือคำถามที่ว่า แรงเฉื่อย (Inerrtia) หรือ ความพยายามเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของวัตถุ (momentum) มีผลต่อการปั่นมากกว่ากัน?

ลองโจทย์การทดลองขึ้นมาง่ายๆ เพื่อให้เห็นภาพ สมมติคุณมีล้อสองคู่ที่ดีไซน์เหมือนกัน น้ำหนักรวมเท่ากัน แต่

  • ล้อ A ดุม (hub) หนักกว่าล้อ B
  • ล้อ B วงล้อ (rim) หนักกว่าล้อ A

ตามหลักฟิสิกส์ ล้อ B จะมีแรงเฉื่อย (Intertia) มากกว่า: ยิ่งในระบบมีมวลอยู่ห่างจุดศูนย์กลางการหมุน (Center of rotation) เท่าไร ก็ยิ่งใช้อัตราเร่งให้วัตถุเคลื่อนที่มากขึ้นเท่านั้น

ยกตัวอย่างในชีวิตจริงเพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น ลอกนึกถึงนักสเก็ตน้ำแข็งที่เขากำลังจะหมุนตัว (ดูวิดีโอข้างล่างนี้ประกอบ) เวลาที่นักสเก็ตจะหมุนตัว เขาใช้แรงบิดจากลำตัวซึ่งอยู่กับที่และไม่เคลื่อนไหว (center of rotation) และเริ่มหมุนตัวด้วยการกางแขนออก

แต่เพื่อให้การหมุนตัวเร็วขึ้น นักสเก็ตจะหุบแขนเข้า ทำไมหุบแขนเข้าหาตัวแล้วถึงหมุนตัวได้เร็วขึ้น?

เมื่อนักสเก็ตหุบแขนเข้าหาตัว เขาดึงเอาน้ำหนักที่อยู่ห่างจุดศูนย์กลางการหมุนเข้ามาให้ใกล้ขึ้น ทำให้แรงเฉื่อยลดลง เมื่อแรงเฉื่อยลดลง มวล (น้ำหนักตัวนักสเก็ต) คงที่ ความเร็วในการหมุนก็เพิ่มขึ้นโดยธรรมชาติ

หรือแปลออกมาเป็นสมการได้ตามนี้ครับ

L = rmv

  • L = Angular momentum
  • r = ระยะห่างระหว่างมวลและจุดศูนย์กลางการหมุน
  • m = มวล (ในที่นี้คือน้ำหนักตัวนักสเก็ต)
  • v= velocity หรือความเร็ว

เมื่อ L คงที่ (ตามกฏนิวตันข้อที่ 2), แต่ r ลดลง (แขนที่กางออกหุบเข้ามาหาลำตัว), และ m คงที่ (น้ำหนักตัวไม่เปลี่ยนแปลง) เพราะฉะนั้น V หรือความเร็วการหมุนก็ต้องเพิ่มขึ้น!

ถ้าจับหลักการข้างบนมาโยงกับล้อจักรยานก็จะสรุปได้ว่า วงล้อที่เบาจะช่วยให้เราเร่งออกตัวได้ดีกว่าล้อที่วงล้อ (rim) หนัก เพราะมันใช้พลังงานในการหมุนน้อยกว่า

Mavic ผู้ผลิตล้อรายใหญ่จากฝรั่งเศสเคยทำการทดลองง่ายๆ เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ครับ

  • ใช้ล้อสองแบบรุ่นเดียวกันในการทดลอง
  • ล้อคู่ A ติดน้ำหนักถ่วง 50 กรัมที่วงล้อ (rim)
  • ล้อคู่ B ติดน้ำหนักถ่วง 50 กรัมที่ดุม (hub)
  • ให้ผู้ทดสอบปั่นขึ้นเนินความชันเฉลี่ย 10% ด้วยกำลัง 500 วัตต์คงที่ แล้วจับเวลาว่าล้อคู่ไหนจะใช้เวลามากกว่าในการขึ้นไปคงความเร็ว 20 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
  • ผลสรุปคือ ล้อคู่ A ที่ถ่วงน้ำหนักที่ขอบล้อต้องใช้เวลา 5 เท่าในการเร่งความเร็วให้ถึง 20 kph เทียบกับล้อคู่เดียวกันบนทางราบ
  • ล้อคู่ B ที่ถ่วงน้ำหนักที่ดุม ใช้เวลามากกว่าล้อธรรมดา 4 เท่าในการเร่งความเร็วให้ถึง 20 kph เทียบกับล้อคู่เดียวกันบนทางราบ
  • Mavic สรุปว่าล้อที่ขอบล้อเบาจะได้เปรียบเวลาขึ้นเขาอย่างเห็นได้ชัด อย่างไรก็ดี ล้อที่น้ำหนักบริเวณขอบล้อมากกว่านั้นคงความเร็วได้ดีกว่าบนทางราบ

Rim vs Hub weight (1 of 1)

ล้อหนักๆ ปั่นทางราบดีกว่าจริงหรือ? — The Flywheel Effect

จากข้อสังเกตของ Mavic ถ้าเส้นทางที่เราปั่นเป็นทางราบ 100% เราเลือกใช้ล้อหนักๆ จะทำให้ออกแรงน้อยกว่าหรือเปล่า เพราะวงล้อที่หนักก็ควรจะมีแรงเหวี่ยงมากกว่าล้อเบาๆ งั้นสิ? มันคือเรื่องของ Flywheel Effect

อองเดรจ์ โซเซงก้า เจ้าของสถิติ Hour Record ในปี 2005 เชื่อในหลักการนี้ครับ เขาใช้ล้อหลังน้ำหนัก 3.2 กิโลกรัมในการทำลายสถิติของคริส บอร์ดแมน ทำได้ระยะทางรวม 49.7 กิโลเมตรในเวลาหนึ่งชั่วโมง และเป็นสถิติที่อยู่ยืนยาวร่วมสิบปี จนเยนส์ โว้ก ทำลายได้ในเดือนกันยายนปี 2014

โซเซงก้าบอกสื่อว่าถึงแม้ล้อหนักจะใช้เวลาในการเร่งให้ไปถึงความเร็วสูงสุด (acceleration time) นานกว่าล้อเบาๆ และใช้แรงเยอะกว่าในการเร่ง แต่ถ้าขึ้นถึงความเร็วคงที่ที่ต้องการแล้ว จะใช้แรงในการคงความเร็วนั้นน้อยกว่า

ในมุมกลับเอ็ดดี้ เมิร์กซ์ ที่ทำลายสถิติ Hour Record ในปี 1972 กลับพยายามทำจักรยานของเขาให้เบาที่สุด เพราะเมิร์กซ์เชื่อว่ารถและล้อยิ่งเบา ยิ่งใช้แรงน้อย รถของเขาทั้งคันหนักเพียง 5.5 กิโลกรัมเท่านั้น

Rim vs Hub weight (1 of 1)-2

คำถามคือ ใครถูกใครผิด? คงตอบได้ยาก เพราะทั้งคู่ทำลายสถิติ Hour Record สำเร็จ แต่ DT เคยคุยกับวิศวกรของ Zipp ในงาน Eurobike ปี 2014 เพื่อถามคำถามนี้โดยเฉพาะ (สงสัยมานานครับ) Zipp บอกว่า ทีมงานเคยทดลองสมมติฐานนี้เหมือนกันและพบว่า ล้อที่ขอบหนักจะได้ความเร็วสูงกว่าล้อขอบเบา “บางครั้ง” เท่านั้น และต้องเป็นการปั่นทางราบ 100% โดยเฉพาะ และจะเหมาะกับนักปั่นที่เน้นออกแรงกดมากกว่าแรงดึง เพราะวงล้อหนักๆ จะช่วยเติมพลังในจังหวะดึงลูกบันไดขึ้น อย่าลืมว่าในการทำลาย Hour Record นักปั่นอยู่ในสภาพเส้นทางที่คงที่ 100% เพราะปั่นในเวโลโดรม ไม่มีปัจจัยอื่นมากวนมากนัก

อย่างไรก็ดี Zipp บอกต่อว่า ล้อที่ขอบหนักมักจะให้ประสิทธิภาพได้แย่กว่าล้อน้ำหนักเบาเกือบทุกกรณีเพราะแรงที่เราต้องออกเร่งสู้กับแรงเฉื่อยของล้อหนักๆ นั้นสุดท้ายแล้วก็กินแรงปั่นของเราโดยรวม นักปั่นส่วนใหญ่ไม่ได้ปั่นเส้นทางที่เป็นทางราบตลอดเวลา และเราไม่ได้ออกแรงเพื่อเอาชนะแรงเฉื่อยเพียงอย่างเดียว แต่ยังต้องสู่กับแรงต้านลม (aerodynamic drag) และแรงเสียดทานผิวถนน (rolling resistance) ด้วย เช่นนั้นแล้ว ล้อที่น้ำหนักเบา จะขอบเบาหรือดุมเบาย่อมช่วยประหยัดแรงในการปั่นโดยรวมได้ดีกว่านั่นเอง ถ้าลมต้านแรงก็เหมือนคุณกำเเบรคลดความเร็วลง ถ้าจะเร่งออกตัวเพื่อไล่ตามคู่แข่งก็ต้องใช้แรงมากขึ้นหากคุณใช้ล้อหนัก ยิ่งในการแข่งขันที่คุณอาจจะต้องเบรคชะลอความเร็วบ่อยๆ เวลาปั่นกลุ่ม หรือเวลาต้องเร่งออกตามคู่แข่งระหว่างขึ้นเนิน ซึ่งมักจะเป็นจุดตัวตัว ล้อที่ขอบเบาก็จะช่วยออมแรงตรงนี้ได้ดี

Rim vs Hub weight (1 of 2)

สรุป

จากหลักฟิสิกส์ข้างต้น เราสรุปได้ว่าคุณจะใช้แรงมากกว่าในการเร่งวัตถุที่น้ำหนักส่วนใหญ่อยู่ห่างนอกจุดศูนย์กลางการหมุน (ขอบล้อ) เทียบกับวัตถุเดียวกันที่น้ำหนักส่วนใหญ่อยู่ใกล้ศูนย์กลางการหมุน (ดุม) ในการปั่นขึ้นเขาที่คุณอาจจะต้องออกแรงเร่งหลายครั้ง ล้อเบาช่วยประหยัดแรงได้ไม่น้อย

ถ้าเราดูจากการทดลองของ Mavic เห็นได้ชัดว่าเราต้องใช้แรงปั่นในการออกตัวสู้แรงเฉื่อยระหว่างขึ้นเนินมากกว่าบนทางราบหลายเท่า (มีแรงดึงดูดเข้ามาเป็นอุปสรรคด้วย) และน้ำหนักล้อที่ขอบเบาก็ประหยัดแรงกว่าล้อที่ขอบหนัก  เพราะฉะนั้นว่ากันวัตต์ต่อวัตต์ ตามวิทยาศาสตร์แล้วล้อที่น้ำหนักเบาช่วยให้ขึ้นเขาได้ดีขึ้น เร็วขึ้น ยิ่งขอบเบายิ่งใช้แรงน้อย

คำถามที่เรายังไม่ได้ตอบกันคือ แรงที่เราใช้เร่งตอนเริ่มต้นออกตัวนั้น มันเยอะขนาดจะทำให้เราเสียแรง/ เวลาเป็นนัยสำคัญที่ทำให้แพ้ชนะการแข่งได้เลยหรือเปล่า? เรื่องนี้คงตอบได้ยาก เพราะมีหลายปัจจัยมาเกี่ยวข้องทั้งเส้นทาง กลยุทธ์การแข่ง ความฟิตของนักปั่น และต่างๆ นาๆ ครับ อย่างน้อยๆ วิทยาศาสตร์ให้ผลออกมาแบบนี้ก็เป็นตัวช่วยทางใจอย่างหนึ่ง ซึ่งมีผลต่อความมั่นใจในการปั่นครับ

แต่ในการเลือกซื้อล้อ น้ำหนักไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่ต้องดู แน่นอนว่าอุปกรณ์จักรยานยิ่งเบายิ่งมีราคาแพงครับ ยังมีเรื่องคุณภาพดุม การขึ้นซี่ลวด โปรไฟล์ขอบล้อ ประเภทยางที่ใช้ คุณภาพการเบรค เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย ซึ่งพวกนี้ก็มีผลต่อประสิทธิภาพล้อทั้งหมด จะเลือกซื้อล้ออะไรก็คงต้องดูปัจจัยหลายๆ อย่างประกอบกันนะฮะ

คูน คือผู้ก่อตั้งดั๊กกิ้งไทเกอร์ และอยากใช้เว็บไซต์นี้ช่วยให้คนไทยอยากขี่จักรยานกันเยอะๆ!

Advertisement
Click to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *