Wir alle haben uns schon mit Steigungen von 20 %, 25 % oder sogar 30 % herumgekämpft. Aber wie steil müsste eine Straße sein, bevor sie mit dem Fahrrad nicht befahrbar wäre?
Es ist eine seltsame Sache – unser Streben nach Steilheit. Es ist üblich, Fahrer zu hören, die damit prahlen, Alpenpässe zu bezwingen, die mit Steigungen von 20 % über mehrere Kilometer oder Spitzen von bis zu 40 % in der Mitte der Haarnadelkurve unerbittlich in den Himmel fahren.
Aber wenn man bedenkt, dass eine Steigung von 100 % nur eine Steigung von 45° ergibt – ein Meter vertikal für einen Meter horizontal –, wäre eine Steilheit von fast 100 % sicherlich nicht unmöglich zu fahren. Würde es?
Wir haben uns entschieden, die Experten aufzusuchen, um das herauszufinden.
Das Wichtigste zuerst. Wenn wir von der „steilsten Steigung“sprechen, meinen wir nicht diese verrückten Spitzen in der Steilheit der Straße oder die vertikale Plattform einer Halfpipe.
Wir können nur eine anh altende Steigung in Betracht ziehen, die ein Rennradfahrer versuchen kann, über einen angemessenen Zeitraum zu fahren.
Seltsamerweise ist Leistung kein einschränkender Faktor, um die steilsten Anstiege zu bewältigen, sagt Rhett Allain, Professor für Physik an der Southeastern Louisiana University und langjähriger Blogger für das Magazin Wired.
„Wenn dir die Geschwindigkeit egal ist, kannst du mit sehr wenig Kraft jede Steigung hinauffahren, solange genügend Reibung vorhanden ist“, sagt er.
„Zum Beispiel können Sie winzige kleine Motoren bekommen, um eine sehr schwere Last zu heben, wenn Sie genügend Rollen verwenden.“
Wenn du die richtige Übersetzung an deinem Fahrrad hinbekommst, dann kannst du auch mit einer winzigen Leistung jede Steigung erklimmen – theoretisch.
Die Realität sieht anders aus. Ein Übersetzungsverhältnis, das es Ihnen erlaubt, wahnsinnig steile Anstiege zu erklimmen, würde erfordern, dass Sie Ihre Beine wie verrückt drehen, während Sie nur vorwärts kriechen. Du würdest bald umfallen.
Allain beziffert die Mindestgeschwindigkeit, mit der Sie einen Aufstieg bewältigen möchten, als Schrittgeschwindigkeit oder etwa zwei Meter pro Sekunde. Nach seinen Berechnungen (die ein wenig zu kompliziert sind, um sie hier zu diskutieren) setzt er die maximale Steigung für eine Leistung von 422 Watt bei einer Geschwindigkeit von 2 m/s (4,5 mph) auf 40 %.
Also 40% könnten dort sein, wo menschliche Kraft in einer Steigung ihr Gegenstück findet – darüber hinaus könntest du genauso gut zu Fuß gehen. Aber für diejenigen von uns, die weniger an praktischen Dingen interessiert sind und mehr daran interessiert sind zu beweisen, dass wir von Steigungen nicht geschlagen werden können, muss es möglich sein, eine Steigung von mehr als 40 % zu erklimmen, wenn wir bereit sind, langsam genug zu fahren.
Was wir wissen wollen, ist, in welchem Winkel die Gesetze der Physik uns daran hindern, unabhängig von unserer Leistung oder Übersetzung zu klettern.
Prioritäten ausgleichen
Wenn wir einen Hügel hinauffahren würden, der immer steiler wird, muss irgendwann ein Punkt kommen, an dem wir einfach nach hinten umkippen würden.
'Wenn Sie ein Fahrrad als drei Punkte betrachten, den Massenmittelpunkt und die beiden Kontaktpunkte [die Räder], dann wird das Fahrrad kippen, wenn die vertikale Achse des Massenmittelpunkts über einen dieser beiden Kontaktpunkte hinausgeht, ' sagt Allain.
Keith Bontrager, ein Pionier in der Rolle des Schwerpunkts [CG] bei der Fahrradanpassung, erklärt: „Es ist nicht einfach, den CG des Fahrers mit mechanischen Mitteln zu finden.“
Aber er setzt den Schwerpunkt eines kletternden Fahrers auf eine Linie „2-3cm hinter der Pedalachse in der 9-Uhr-Pedalposition“.
Nach unseren eigenen (ziemlich unwissenschaftlichen) Berechnungen gehen wir davon aus, dass der durchschnittliche Fahrer bei normaler Sitzposition einen Schwerpunkt etwa 58 cm vor und 120 cm über dem Punkt hat, an dem das Hinterrad die Straße berührt.
Nun, um den Punkt zu berechnen, an dem der Fahrer nach hinten fallen würde, müssen wir ein wenig Trigonometrie machen. (Falls es interessiert: Neigungswinkel=90 – (Tan-1 (Schwerpunkthöhe ÷ Hinterrad zum waagerechten Schwerpunkt).
Daraus erh alten wir die Antwort eines Kipppunkts von 25,8° oder 48%. Also los, die absolut steilste Steigung beträgt schlappe 48 %. Oder doch?
Wenn der Winkel steil wird, ist es unwahrscheinlich, dass du „normal“sitzt. Bontrager argumentiert: „Ein Fahrer verhindert das Umkippen, indem er sich bei sehr steilen Anstiegen nach vorne lehnt. Dies ist bei MTB-Fahrern üblich.’
Also haben wir basierend darauf, dass ein Fahrer so weit wie möglich über die Stangen gestreckt wird, neu berechnet und eine neue maximale Steigung von 41° oder 86,9 % gefunden.
Wenn du dich an einer Steigung so weit nach vorne lehnst, wird dem Hinterreifen natürlich etwas Traktion entzogen, was möglicherweise dazu führt, dass das Fahrrad beängstigend den Hang hinunterrutscht. Das bringt uns zur Haupteinschränkung in unserem Streben nach Steilheit: Traktion.
Abgleiten wegrutschen
Um sich auf einem Fahrrad überhaupt fortzubewegen, braucht man Reibung, die der Bewegung des Reifens entgegenwirkt. Mit zunehmender Neigung verringert sich die Reibung, da die beiden Flächen durch die Schwerkraft weniger stark zusammengedrückt werden. C
hristian Wurmbäck, Produktmanager bei Continental, sagt: „Ich würde sagen, dass der Grip des Reifens bei einer sehr steilen Steigung als erstes nachlässt.“
Aber den genauen Wendepunkt zu finden, ist schwierig. Zunächst müssen wir den Reibungskoeffizienten eines Reifens kennen – im Wesentlichen, wie klebrig er ist.
Das ist nicht einfach festzustellen, wie Wurmbäck erklärt: „Das kann man nicht wirklich sagen. Es hängt von der Oberfläche ab, ob sie nass oder trocken ist. Die Idee, dass es eine Zahl gibt, die einen theoretischen H alt für alle Bedingungen gibt – es gibt sie nicht wirklich.“
Obwohl die Realität komplexer sein mag, variieren die Schätzungen für den Reibungskoeffizienten für reinen Gummi auf Asph alt von 0,3 auf nassem Beton bis zu 0,9.
Professor Allains Berechnung, basierend auf einem geschätzten Reibungskoeffizienten von 0,8 (den er als „optimistisch“bezeichnet), beziffert den maximalen Winkel, den die Reifentraktion tolerieren würde, auf 38,7° oder etwa 80 %.
Verliere den H alt
Bei 80% macht das schon die Traktion der Reifen zum ersten Fehlerpunkt, aber das ist vielleicht noch eine Überschätzung der möglichen Steilheit. Der Koeffizient von 0,8 beruht auf der Idee eines Vollgummireifens, was selten vorkommt.
Wurmbäck sagt: „Wir wollen, dass der Reifen steifer und langlebiger ist als reiner Gummi. Wenn du einen supersteifen Reifen hast, klebt er auch nicht auf der Straße.“
Darüber hinaus erfordern Steigungen von mehr als 30 % oft eine Betondecke statt Asph alt, für die der geschätzte Reibungskoeffizient mit Gummi in Bewegung eher bei 0,6 liegt.
Wenn man diese Zahl in Allains Gleichung zurücksetzt, kann die Traktion bei 60 % versagen. Ohne auf die Komplexität der Gewichtsverteilung zwischen den Rädern einzugehen, angesichts der radikalen Kletterposition, die ein Fahrer einnehmen muss.
Wurmbäck sagt: „Es gibt Möglichkeiten, die Reibung drastisch zu erhöhen – wie das Auftragen von Klebstoff auf die Oberfläche. Aber praktischer ausgedrückt möchten Sie an einem heißen Tag einen warmen Reifen und eine warme Oberfläche mit weniger Reifendruck bei einem breiten Reifen.’
Neben dem Koeffizienten ist auch die durch das Reifenprofil erzeugte Oberfläche zu berücksichtigen. Aber wir würden wahrscheinlich noch ein paar Seiten brauchen, um auch nur an der Oberfläche zu kratzen.
Also spielen mehrere schwankende Faktoren eine Rolle bei der Begrenzung der Steilheit des schwindelerregendsten Fahrradanstiegs. Aber sollten Ihre Ausrüstung, Kraft und radikale Kletterposition es Ihnen erlauben, eine Steigung von 60% nördlich zu überwinden, können Sie wahrscheinlich damit rechnen, dass Ihre Traktion Sie jede Sekunde im Stich lässt.
Es sei denn, Sie haben einen Topf Kleber zur Hand.
