Är hjul de bästa komponenterna att uppgradera om du vill spara vikt på cykeln? Vi skiljer fakta från snurran
'Ett pund på hjulen är värt två på ramen', eller så säger man. Den konventionella visdomen har styrt inställningen till hjulval för många cyklister – om det någonsin funnits en plats att skvätta pengarna på för att raka några gram, så är det hjulen.
Men som ofta är fallet med konventionell visdom är vi långt ifrån glada över att lämna det där.
Tanken att vikten på ett hjulset är viktigare än någon annan del av cykeln vilar på det faktum att hjulen rör sig mer än någon annan del av cykeln.
Andy Ruina, professor i maskinteknik vid Cornell University, uttrycker det helt enkelt: 'Hjulets topp går dubbelt så snabbt som cykeln. Och den motsatta riktningen [botten av hjulet] tar inte bort den hastigheten.
'Därför har den dubbelt så mycket kinetisk energi så det krävs dubbelt så mycket kraft för att få igång den och det gör att cykeln saktar ner dubbelt så mycket.’
Vikt v acceleration
Vikt är så viktig i det stora schemat för cykelrörelser på grund av dess förhållande till acceleration. När något rör sig med konstant hastighet är alla krafter som trycker på det och saktar ner det i jämvikt.
En rimlig viktökning kommer inte att göra någon skillnad, med undantag för eventuell lätt ökning av friktion eller rullmotstånd det kan orsaka.
När man ökar eller tappar hastigheten träder Newtons andra lag i kraft: kraft=massa x acceleration. Så ju mer massa du har, desto mer kraft behöver du för att få upp farten.
Så varför gör det en uns skillnad om vikten är på ett hjul snarare än en ram?
Här blir det lite komplicerat, tack vare trögheten. Tröghet är ett objekts motstånd mot en förändring i dess rörelse – det är anledningen till att det skulle krävas ansträngning att accelerera en cykel även i ett friktionsfritt universum.
Hjul, cykel och ryttare har alla tröghet, men med hjul förstoras effekten eftersom de roterar.
Steve Williams, Lotus främsta fordonsdynamikingenjör, säger: När det gäller ett hjul, eftersom du har mycket massa fördelad runt fälgen, en bit från mitten av hjulet, vilket ger det tröghet. '
Den tröghet betyder i huvudsak ett motstånd mot att hjulet roteras. Det kallas ibland rotationströghet men, mer exakt, kallas det ett tröghetsmoment.
Williams tillägger: 'Eftersom en cykel rullar på sina hjul, måste du inte bara trycka den massan genom luften snabbare utan du måste också få hjulet att gå runt snabbare. Hjulets tröghet kommer att motstå ökningen av rotationshastigheten.’
Det är dock avgörande att trögheten bestäms av avståndet mellan en massa från rotationscentrum: 'Ett tröghetsmoment är resultatet av en massa på ett avstånd från axeln som den roteras runt – i fallet med ett hjul är avståndet mellan massan från spindelaxeln.'
Kom till saken
Allt detta vetenskapliga samtal för oss till sakens kärna. Det räcker inte att säga att ett tungt hjul är mer ett hinder än en tung ram eftersom det beror helt på var den vikten är fördelad på hjulet.
Det är för förenklat att säga att "ett pund på hjulen är värt två på ramen". Professor Jim Papadopoulis, författare till Cycling Science, säger: "Det visar sig att lite massa precis vid omkretsen räknas två gånger, lite massa i mitten av ekern 1,5 gånger och lite massa vid navet blir räknat två gånger. räknat en gång.'
På den grunden bör vi anpassa frasen till att säga "ett pund på fälgarna är värt två på naven", men Williams på Lotus är skeptisk till de angivna vinsterna som kan göras med lättare fälgar.
‘Vi kan se att en minskning av hjultrögheten har en fördelaktig effekt jämfört med att minska den icke-roterande massan, men den är mycket liten. I verkligheten kommer massan som sparas från fälgarna på hjul sannolikt att vara mindre än 10 % mer fördelaktig än samma massa som sparas från resten av cykeln.’
Några ganska komplicerade beräkningar avslöjar att fördelen när det gäller acceleration från skärvikt från hjulfälgarna skulle vara 0,9 %, till skillnad från 0,8 % när man skär vikt från ramen.
Om vinsterna av att minska vikten av den spinnande massan på din cykel är öppen för debatt, är nästa område att överväga gyroskopi.
Uppgradera till några lättare hjul för under 500 £
Få gyro med det
Ett gyroskop är ett hjul eller en skiva som snurrar runt en axel på ett sådant sätt att den stabiliserar sig själv. Det beror på effekterna av vinkelmomentum – när toppen av ett hjul börjar dra ner det åt höger, till exempel, när hjulet har roterat ett halvt varv, är samma punkt på hjulet upp och ner och plötsligt trycker hjulet tillbaka till vänster.
Den gyroskopiska effekten av spinning är anledningen till att en snurra håller sig upprätt, och anledningen till att cykelhjul spelar en roll för att hålla oss upprätt.
Eftersom ett gyroskop fungerar enligt den grundläggande principen om vinkelkrafter, är vikten längst ut på hjulet den mest inflytelserika för hjulets stabiliserande kraft. Så, om en fälg är tyngre, kan den väl trycka tillbaka ett hjul upprätt med en starkare kraft?
Ruina vid Cornell University målar upp en grumlig bild av den vetenskapliga konsensus: "Det finns inget definitivt svar på om en tyngre fälg är mer stabil." Men trenden verkar vara att ett större gyroskop känns mer stabilt.’
Så det tyder på att en tyngre fälg, snarare än ett tot alt sett tyngre hjul, skulle kunna erbjuda mer stabilitet.
Men det finns en annan vinkel att överväga. Williams säger: "Ett hjul med högre tröghet skulle ha en mer kraftfull gyroskopisk effekt, men det finns en andra gyroskopisk effekt - ju snabbare styret styrs, desto större blir det gyroskopiska motståndet att vridas."Så hög tröghet gör det svårare att vrida på styret och luta cykeln.’
En tung fälg kommer att göra dig mer stabil när du cyklar, men kan offra den typ av smidighet som friare och snabbare styrning kan möjliggöra.
Ruina håller dock lite med. "Om du säger att en cykel känns väldigt snabb vid hantering, så har det nästan säkert att göra med cykelns geometri och massfördelning i styrenheten", säger han.
‘Och kom ihåg att den mest inflytelserika vikten med att luta sig in i ett hörn är du.’
I slutändan, om du är den typen av ryttare som letar efter små stegvisa förbättringar av ditt kits prestanda, bör du fokusera på att hitta de lättaste fälgarna snarare än det lättaste totala hjulet.
Eller så kan du bara göra som vi andra gör, och välja de som ser coolast ut.
