空気の温度と、空気抵抗と、乱流発生速度と、スプリント

ブログで交流のあるタイガーさんのブログに、面白い事が書いてありました。こちら

「気温が低いと空気密度が高くなって空気が重たくなり、速度が出ない」

真冬の0℃と、真夏の30℃では、空気密度が10%以上違います。（1.293kg/m^3＠0℃、1.165kg/m＾3＠30℃）
夏に比べ、冬に自転車で走っていると、10%以上重たい物体がぶつかってくる訳ですから、そりゃ、重たく感じます。
ちなみに、空気密度の低い、高地で自転車に乗ると、逆に軽い空気なので、とてもよく進むと感じるハズです。

…と、ここまでは、一般的な話。ググれば、簡単に得られる情報です。
でもね、実はもっと、深い理由もあるんです。


それは、層流と乱流の話。


よくジャケットを着て、自転車に乗ると、後ろの裾がバタつきますよね。あれは、背中に乱流が発生し、その負圧によりジャケットが吸い寄せられるためです。
つまり負圧は、ライダーを後ろに引張る方向に働くので、乱流が発生した途端に、重たく感じるようになります。

じゃあ、時速何km/hから、乱流が発生するのでしょうか？　体型によって、乱流が発生するポイントが変わるのでしょうか？
少し計算してみました。


まず空気。工学的には、単なる「流体」で、温度が変われば、密度だけでなく、「動粘度」も変わります。
自転車で走る行為は、流体力学的には、「流体の中を、自転車に乗った人が流れる」と考えます。

文献によると、乱流が発生するかどうかは、レイノルズ数で決まります。レイノルズ数が「3.0×10＾5」あたりを超えると、急激に乱流が発生するようです。（遷移レイノルズ数）

ここで、「大柄スプリンター」「小柄スプリンター」「大柄クライマー」「小柄クライマー」が、時速何km/hで、背中に乱流が発生するかを計算してみました。（乗車姿勢は直立状態）
気温は、0℃と30℃としています。


まず、大柄スプリンターの場合、冬場（0℃）では、時速32kmから乱流になりますが、夏場は38.5km/hからになります。
おおっ、やはりタイガーさんの「冬は速度が出ない」説は、乱流有無の面からも言えそうです。

面白いのが、夏場（30℃）に、大柄スプリンターと小柄スプリンターが競った場合、大柄スプリンターは38.5km/hで乱流が出て苦しみますが、小柄スプリンターは54km/hまでは大丈夫なようです。
もちろん、大柄スプリンターは、絶対出力が大きいので、馬力で勝負するのでしょうが、加速をダンシング（上体が起きる）するとロスが出るので、結果、前傾姿勢のままダンシングとの縛りとなってしまいます。
逆に小柄スプリンターは、なかなか乱流が出ないので、ダンシングも自由自在です。ただ、絶対出力では負けるので、加速だけで勝負した方がいいかもしれません。（軽いし）

ちなみに、小柄クライマーは、なんと62km/hまでOKなので有利ですが…、彼らはスプリントなんかしませんもんね。


しかし、この背中の乱流有無が、こんなにクリティカルなゾーンにいるとは思いませんでした。
もちろん、同じことが、頭にも言えるハズですので、ちょっと前までバカにしていた「ゴルフボールのヘルメット」に申し訳ないです。ごめんなさい。（←誰に謝ればいいの？）

お詫びに、次回は、究極のTTグッズを考えましたので、ご紹介します。


今日はここまで