Zijn wielen de beste onderdelen om te upgraden als je gewicht wilt besparen op de fiets? We scheiden de feiten van de spin
'Een pond op de wielen is er twee waard op het frame', zeggen ze tenminste. Die conventionele wijsheid heeft de benadering van wielselectie voor veel fietsers bepaald - als er ooit een plek was om het geld te spatten om een paar gram te scheren, dan zijn het de wielen.
Maar zoals vaak het geval is met conventionele wijsheid, laten we het daar niet graag bij.
Het idee dat het gewicht van een wielset belangrijker is dan enig ander onderdeel van de fiets, berust op het feit dat de wielen meer bewegen dan enig ander onderdeel van de fiets.
Andy Ruina, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Cornell University, zegt het heel eenvoudig: 'De bovenkant van het wiel gaat twee keer zo snel als de fiets. En de tegenovergestelde richting [de onderkant van het wiel] heft die snelheid niet op.
'Daardoor heeft het twee keer zoveel kinetische energie, dus het kost twee keer zoveel kracht om het op gang te krijgen en het maakt de fiets twee keer zo veel langzamer.'
Gewicht v versnelling
Gewicht is zo belangrijk in het grote geheel van fietsbewegingen vanwege de relatie met versnelling. Wanneer iets met een constante snelheid beweegt, zijn alle krachten die het duwen en vertragen in evenwicht.
Een redelijke gewichtstoename maakt geen verschil, afgezien van een lichte toename in wrijving of rolweerstand die dit kan veroorzaken.
Bij het optrekken of verliezen van snelheid treedt echter de tweede wet van Newton in werking: kracht=massa x versnelling. Dus hoe meer massa je hebt, hoe meer kracht je nodig hebt om snelheid te maken.
Dus waarom maakt het dan een greintje verschil of het gewicht op een wiel zit in plaats van op een frame?
Hier wordt het een beetje ingewikkeld, dankzij traagheid. Traagheid is de weerstand van een object tegen een verandering in zijn beweging - het is de reden waarom het moeite zou kosten om een fiets te versnellen, zelfs in een wrijvingsloos universum.
Wielen, fiets en berijder hebben allemaal traagheid, maar met wielen wordt het effect vergroot omdat ze roteren.
Steve Williams, de beste voertuigdynamica-ingenieur van Lotus, zegt: 'In het geval van een wiel, omdat je veel massa rond de velg hebt verdeeld, op enige afstand van het midden van het wiel, zorgt dat voor traagheid. '
Die traagheid betekent in wezen een weerstand tegen het draaien van het wiel. Het wordt soms rotatietraagheid genoemd, maar, nauwkeuriger gezegd, het wordt een traagheidsmoment genoemd.
Williams voegt toe: 'Omdat een fiets op zijn wielen rolt, moet je die massa niet alleen sneller door de lucht duwen, maar moet je het wiel ook sneller laten ronddraaien. De traagheid van het wiel zal de toename van de rotatiesnelheid weerstaan.'
Cruciaal is echter dat die traagheid wordt bepaald door de afstand van een massa tot het rotatiecentrum: 'Een traagheidsmoment is het resultaat van een massa op een afstand van de as waaromheen deze wordt geroteerd - in in het geval van een wiel is dit de afstand van de massa tot de spilas.'
Kom ter zake
Al dit wetenschappelijke gepraat brengt ons bij de kern van de zaak. Het is niet genoeg om te zeggen dat een zwaar wiel meer een belemmering is dan een zwaar frame, omdat het allemaal afhangt van waar dat gewicht op het wiel wordt verdeeld.
Het is te simplistisch om te stellen dat 'een pond op de wielen er twee waard is op het frame'. Professor Jim Papadopoulis, auteur van Cycling Science, zegt: 'Het blijkt dat een beetje massa aan de omtrek twee keer wordt geteld, een beetje massa in het midden van de spaak 1,5 keer en een beetje massa aan de naaf wordt eenmaal geteld.'
Op die basis zouden we de zin moeten aanpassen om te zeggen 'een pond op de velgen is twee op de naven waard', maar Williams bij Lotus is sceptisch over de genoemde winst die wordt behaald met lichtere velgen.
‘We kunnen zien dat het verminderen van de wieltraagheid een gunstig effect heeft op het verminderen van niet-roterende massa, maar het is erg klein. In werkelijkheid is de massa die wordt bespaard op de velgen van wielen waarschijnlijk minder dan 10% voordeliger dan dezelfde massa die wordt bespaard op de rest van de fiets.'
Sommige behoorlijk complexe berekeningen laten zien dat het voordeel in termen van acceleratie door het verminderen van het gewicht van de velgen 0,9% zou zijn, in tegenstelling tot 0,8% bij het verminderen van het gewicht van het frame.
Als de winst die kan worden behaald door het verminderen van het gewicht van de draaiende massa op je fiets ter discussie staat, is het volgende te overwegen gebied gyroscopisch onderzoek.
Upgrade naar wat lichtere wielen voor minder dan £500
Gyro meekrijgen
Een gyroscoop is een wiel of schijf die zo rond een as draait dat hij zichzelf stabiliseert. Dat komt door de effecten van impulsmoment - als het bovenste punt van een wiel het naar rechts begint te trekken, bijvoorbeeld als het wiel een halve slag heeft gedraaid, staat datzelfde punt van het wiel ondersteboven en duwt plotseling de wiel terug naar links.
Het gyroscopische effect van draaien is de reden waarom een tol rechtop blijft staan en de reden waarom fietswielen een rol spelen om ons rechtop te houden.
Omdat een gyroscoop werkt volgens dat basisprincipe van hoekkrachten, is het gewicht aan het buitenste deel van het wiel het meest van invloed op de stabiliserende kracht van het wiel. Dus als een velg zwaarder is, kan het een wiel met een sterkere kracht weer rechtop duwen, toch?
Ruina van de Cornell University schetst een duister beeld van de wetenschappelijke consensus: 'Er is geen definitief antwoord op de vraag of een zwaardere velg stabieler is. Maar de trend lijkt te zijn dat een grotere gyroscoop stabieler aanvoelt.’
Dus dat suggereert dat een zwaardere velg, in plaats van een algeheel zwaarder wiel, meer stabiliteit zou kunnen bieden.
Maar er is nog een andere invalshoek om te overwegen. Williams zegt: 'Een wiel met hogere traagheid zou een krachtiger gyroscopisch effect hebben, maar er is een tweede gyroscopisch effect: hoe sneller het stuur wordt gestuurd, hoe groter de gyroscopische weerstand om te worden gedraaid. Een hoge traagheid maakt het dus moeilijker om het stuur te draaien en de fiets te laten leunen.'
Een zware velg maakt je stabieler tijdens het rijden, maar kan het soort wendbaarheid opofferen dat een vrijere, snellere besturing mogelijk maakt.
Ruina is het daar echter enigszins mee oneens. 'Als je zegt dat een fiets erg snel aanvoelt tijdens het hanteren, heeft dat vrijwel zeker te maken met de geometrie van de fiets en de massaverdeling in de stuurinrichting', zegt hij.
‘En vergeet niet dat jij het meest invloedrijke gewicht hebt om in een hoek te leunen.’
Uiteindelijk, als je het soort rijder bent dat op zoek is naar kleine stapsgewijze verbeteringen in de prestaties van je kit, moet je je richten op het vinden van de lichtste velgen in plaats van het lichtste algehele wiel.
Of je kunt gewoon doen wat de rest van ons doet, en gaan voor degenen die er het coolst uitzien.
