Conceptos básicos de aerodinámica
Principios fundamentales de la aerodinámica en el ciclismo, incluidos los componentes de la fuerza de resistencia y su impacto en la optimización del rendimiento.
A velocidades de pedaleo más altas, una parte significativa de la potencia de un ciclista se gasta en vencer la resistencia aerodinámica (Martin et al. 1998).
A medida que aumenta la velocidad, la resistencia del viento crece exponencialmente, lo que significa que un pequeño aumento de velocidad requiere desproporcionadamente más potencia para mantenerla. Las investigaciones muestran que, a altas velocidades, hasta el 80-90% de la potencia de un ciclista se dedica a vencer la resistencia del aire (Bassett et al., 1999; Faria, 2005). Esto se debe a la relación entre la velocidad y la resistencia, donde la potencia necesaria para contrarrestar la resistencia aumenta con el cubo de la velocidad (Martin et al., 1998). Como resultado, reducir la resistencia mediante la posición del cuerpo, el equipamiento o la ropa puede tener un impacto sustancial en el rendimiento ciclista, especialmente en contrarrelojes o carreras en ruta donde mantener altas velocidades es crucial (Faria et al., 2005).
La fuerza de resistencia aerodinámica se define como la resistencia que experimenta un objeto que se mueve a través de un fluido, como el aire. Se debe principalmente a las diferencias de presión entre las superficies delantera y trasera del objeto y a la fricción del aire contra su superficie. La fórmula de la fuerza de resistencia aerodinámica es:
... lo que nos dice que la fuerza de resistencia aerodinámica está relacionada con 4 factores:
Densidad del aire (rho)
La velocidad (en realidad, el cuadrado de la velocidad) del aire en relación con el ciclista
El área frontal (A)
El coeficiente de resistencia (Cd). Esto cuantifica la resistencia de un objeto en un entorno fluido, como el aire o el agua. Representa cuán aerodinámico es un objeto, o con qué eficacia atraviesa el fluido. El valor de Cd depende de la forma, la rugosidad de la superficie y las condiciones de flujo alrededor del objeto. Los valores más bajos indican objetos más aerodinámicos, mientras que los más altos reflejan mayor resistencia.
En ciclismo, nos interesa minimizar la fuerza de resistencia aerodinámica, para que más de la potencia producida por el atleta se destine a aumentar la velocidad. ¿Cuáles de esos factores podemos controlar?
No podemos controlar la densidad del aire
Sería contraproducente reducir la velocidad solo para disminuir la fuerza de resistencia aerodinámica, ya que la velocidad es lo que intentamos maximizar en general
Podemos controlar el coeficiente de resistencia, cambiando la forma (posición) y la rugosidad de la superficie del ciclista y la bicicleta
Podemos controlar el área frontal, cambiando la posición del ciclista.
Por lo tanto, gran parte del esfuerzo en la optimización aerodinámica se centra en los factores Cd y A.
Referencias
Fox, R.W., & McDonald, A.T. (1973). Introduction to fluid mechanics (2nd ed.). New York: Wiley.
Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, & Coggan AR (1998). Validation of a mathematical model for road cycling power. Journal of Applied Biomechanics, 14(3), 276-291.
Bassett, D. R. Jr., Kyle, C. R., Passfield, L., Broker, J. P., & Burke, E. R. (1999). Comparing cycling world hour records, 1967–1996: Modeling the human-machine interface. Medicine & Science in Sports & Exercise, 31(11), 1665-1676
Faria, E. W., Parker, D. L., & Faria, I. E. (2005). The science of cycling: Factors affecting performance – Part 2. Sports Medicine, 35(4), 313-337.
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