garagem do odois

Quem já experimentou bicicletas com as mesmas configurações porém com aros diferentes – em geral numa MTB aro 26 é possível colocar um aro 700 com um pneu 23mm, percebe maior suavidade ao experimentar aros maiores, mesmo que se mantenha pneus equivalentes em pressão e largura.

O desconforto ao se deslocar com uma bicicleta num terreno irregular é consequência das variações de nível, resultando em movimento oscilatório para o ciclista. Transpor uma pedra, por exemplo, faz necessário sair do nível do solo e subir até o nível da pedra.

De forma prática pode se dizer que passar por um obstáculo horizontalmente resulta num movimento vertical. Logo, quanto mais rápido se passar pelo obstáculo, mais intenso será o movimento na vertical.

Esse efeito ocorrerá de maneira diferente dependendo do tamanho das rodas. A geometria e a física mostram que para rodas maiores este movimento na vertical será mais lento. Para entender, vamos usar a ilustração abaixo com uma roda idealizada, sem deformação dos pneus nem suspensão:

esquema das trajetórias

Na trajetória descrita pelo centro da roda na primeira roda (linha vermelha) tem-se que, para sair do nível do solo e chegar no obstáculo foi necessário percorrer a distância horizontal de A até C.

Na trajetória da roda menor (linha azul) a distância para esta mudança de nível se deu na distância horizontal menor, de B até C.

Considerando que ambas as rodas estão com a mesma velocidade horizontal, pode se afirmar que a roda menor (azul) irá subir no obstáculo em menor tempo:

A velocidade vertical (golpe da bicicleta contra o ciclista em função do obstáculo) é a responsável pela sensação de maciez: quanto mais lento, mais macio.

Na situação da roda maior temos a velocidade vertical descrita por:

Como a altura do obstáculo é a mesma em ambos os casos, tem se a velocidade maior quando o tempo para subi-lo é menor.

Desta forma pode se ver que quanto menor a roda, maior a velocidade vertical e, portanto, a sensação de impacto.

Na prática pode se verificar isso com as suspensões disponíveis. Aquelas para MTB aro 29 são de curso menor quando comparadas com as MTB aro 26, já que o impacto será menor numa roda maior.

Você já deve ter se perguntado:

Comprimento da pedivela – ou braço de pedivela – é documento?

Teremos que estudar o problema do começo. A locomoção numa bicicleta é essencialmente rotativa. É através do giro das bi – cycle (duas rodas) que temos o movimento desejado. Por simples que pareça, temos aí um problema:

As rodas giram indefinidamente, quantas voltas se possa imaginar, enquanto que nós humanos temos articulações que permitem apenas frações de uma volta – ângulos menores que 360º.

Mecanismo das Quatro Barras

A solução deste problema se dá por via de uma interessante concepção chamada de mecanismo de quatro barras. Através deste curioso arranjo com quatro “links” de diferentes tamanhos é possível transformar movimentos alternativos – que não completam uma volta – em movimentos rotativos – giram indefinidamente -, como é o caso da pedivela – e manivelas em geral. A conversão no sentido contrário também existe, caso dos limpadores de parabrisas de carros.

As medidas de cada uma das barras influi diretamente na velocidade de rotação e no torque. Na situação da bicicleta temos as medidas humanas constituídas pelas pernas compondo duas – uma acima e outra abaixo do joelho – das quatro barras.

A terceira barra seria o braço da pedivela. A quarta barra é onde tudo está fixado ou, geometricamente, a distância da articulação do fêmur na bacia até a caixa central

Clicando na imagem a seguir você pode ver a influência dessas medidas no comportamento do mecanismo por meio de um software.

Clique para ir simular lá no Wolfram

A medida básica para este sistema funcionar é que:

• o comprimento da bacia até o joelho seja maior que a do braço da pedivela e que;
• o comprimento do (selim até caixa central+distância da pedivela) seja menor que o comprimento da perna inteira.

Sem estes não temos a transformação de alternativo em rotativo. Na prática significa que com a perna esticada precisa tocar o pedal na sua posição mais baixa.

Afinal, é ou não é documento?

Existe uma certa expectativa em utilizar pedivelas com braço maior em pessoas maiores. Estes braços são disponíveis em comprimentos que variam de 165 a 177,5mm. Em geral encontramos as opções de 170 ou 175 para componentes mais acessíveis. Podemos fazer algumas considerações de força e torque para uma mesma pessoa utilizando pedivelas de comprimentos diferentes (e todos os demais componentes iguais para cada situação):

Pedivela longa em relação a pedivela curta:

• A perna irá fazer uma força menor para o mesmo torque na roda.
• Como a potência é igual, a perna irá se movimentar mais rápido.
• O ângulo de articulação do joelho e no glúteo será maior durante uma volta completa da pedivela.
• O pedal passará mais próximo do chão.
• Irá gerar um torque maior quando pedalar de pé – peso do ciclista multiplicado pelo comprimento do braço da pedivela -, mas com um deslocamento maior em cada rotação.

Ok. Habemus diferença.

De qualquer forma, a diferença é muito pequena, de difícil percepção – cerca de 3% -. Medidas mais significativas como relação de marcha – uns 12% de diferença de uma marcha para outra – ou calibragem dos pneus acabam mascarando alguma vantagem para um ciclista não profissional. A grosso modo, pode-se recomendar pedivelas maiores para pessoas maiores e passar para a próxima dificuldade que é encontrar a peça à venda do jeito que se deseja.

Ao contrário do que escutamos das diversas vertentes esotéricas, energia é uma grandeza física bastante conhecida. Mensurável, armazenável e principalmente transformável entre sua grande variedade de forma (elétrica, mecânica, gravitacional, química, potencial de mola, pressão de gases, térmica, etc*).

Matematicamente é comum simplificar afirmando que energia é potência integrada na variável tempo ou que potência é a derivada temporal da energia. Simplificando +: para uma potência constante temos que a energia é a multiplicação direta da potência pelo tempo. Ou seja, 1kW (potência) multiplicado por uma hora (tempo) é equivalente a 1kWh (energia), como vemos na conta de luz.

No tópico anterior vimos como as forças resistivas se comportam com a velocidade; se multiplicadas pela velocidade resultam na grandeza potência. Nesta abordagem veremos sua consequência na energia total gasta.

Força de resistência a rolagem

A força de resistência a rolagem possui um comportamento quase constante com a velocidade. Sendo assim, ela não se altera com a velocidade. Vamos tomar dois casos como exemplo:

A potência (P) é:

Onde:
F = Força
v = Velocidade

Desta forma para vencer a força de resistência a rolagem a 20m/s, a potência dissipada é o dobro (20m/s x 10N = 200W)[Caso A] que a 10m/s (10m/s x 10N = 100W)[Caso B]. Usando um trajeto hipotético com 20m de distância rolando a 20m/s, iremos levar 1 segundo. E a 10m/s, levaremos 2 segundos. Quando consideramos a energia (E) gasta no trajeto total temos:

Onde:
E = Energia
t = Tempo

Calculando para cada um dos casos:
Caso A
Caso B

Ou seja, a resistência a rolagem dissipará a mesma energia sempre, independente da velocidade.

E a resistência aerodinâmica?

A resistência aerodinâmica, por sua vez, não possui um comportamento constante com a velocidade. A força de arrasto aerodinâmico é função da velocidade ao quadrado e a potência (força x velocidade) será função da velocidade ao cubo. Para nosso caso hipotético de resistência aerodinâmica de 10N a 10m/s, dissiparíamos 100W. A 20m/s (10 m/s x 2), entretanto, teríamos 40N (10N x 2²) e a potência dissipada seria de 800W (100W x 2³).

Se pensarmos num trajeto hipotético com 20m de distância, teremos que a 20m/s iremos levar 1 segundo. E a 10m/s, levaremos 2 segundos. Quando consideramos a energia gasta no trajeto total temos:

Caso A
Caso B

Ou seja, a resistência aerodinâmica dissipará 4 vezes mais energia para cada vez que dobrar a velocidade. A proporção será sempre quadrática.

Ao aumentar a velocidade em 50%, teremos (1,5)²= 2,25 logo gastaremos 225% a mais de energia gasta. E assim por diante.

Não devemos esquecer que a energia dissipada total será a soma destas duas componentes (e dividida pela eficiência total da transmissão, que é em torno de 90% ou 0,9))

No nosso exemplo da bicicleta é bastante difícil medir a energia gasta. Mas como a lei da física vale para todos os veículos, vemos o mesmo fenômeno nos carros. E nos carros é bastante fácil de medir pelo combustível, que nada mais é que energia. Verifica-se que é gasto no mesmo trajeto, aproximadamente o dobro do combustível andando a 120km/h que a 80km/h (a quatrorodas comprovou isso aqui).

Academias podiam ser um pouco mais úteis para humanidade

Para se pedalar a 20km/h gasta-se aproximadamente 150W. A energia total média consumida dividida pelo tempo, para uma casa brasileira de 3 pessoas é 150W também. Ou seja, se cada uma das pessoas da casa pedalasse um gerador por 8 horas, esta casa poderia ser autossuficiente energeticamente. É uma ideia ridícula, mas podemos pensar que academias com centenas de alunos poderiam ser pequenas usinas.

Um comentário final

Na física todas as formas de energia podem ser, na sua análise mais profunda, descritas pelas forças Fraca, Forte, Eletromagnética e gravitacional. No dia a dia, apenas eletromagnética e gravitacional. Por exemplo uma reação química não subatômica é composta por fenômenos eletromagnéticos entre os átomos.

Alguns países, especialmente no pós segunda guerra, desenvolveram uma tradição na fabricação de peças e componentes: mecânicos, elétricos ou eletrônicos.

Na contramão, outras nações apresentaram a característica contrária, ou seja, desconfiança quando o assunto é produção. Por este motivo é comum que o país de origem da marca seja critério para escolha por parte dos consumidores, tal como para definição do preço cobrado.

Em decorrência disso, em geral produtos de marcas europeias – França, Alemanha, Inglaterra, Suíça, etc. – costumam disputar o topo na pirâmide de preços, enquanto os produtos chineses carregam a imagem de má qualidade.

Mas nem sempre essa afirmativa se comprova. Muito menos a relação preço-qualidade possui alguma lógica exata.

Não é só de Europa que vive coisa boa

A cultura industrial de uma país pode mudar rapidamente. Exemplo clássico é a indústria japonesa de 40 anos atrás, tendo se convertido em excelência em controle de qualidade. A crescente automação das industrial também faz com que não seja tão relevante o nível técnico dos operadores braçais na qualidade final e cada vez mais a qualidade do projeto tem maiores consequências no bom funcionamento do produto. Ou seja, um produto que foi bem concebido ainda na prancheta tem grandes chances de se um produto bom, independente de onde estejam as máquinas que o fabricam. As certificações de normas técnicas também darão subsídio para este processo (ISO, por exemplo).

Mas isso não é senso comum. Um exemplo curioso e positivo disso ocorreu com a tradicional marca inglesa Sturmey-Archer. Após seu pedido de falência na Inglaterra foi comprada pela chinesa SunRace, tendo sua planta fabril transferida para a China onde passou a ser avaliada pelas mais rígidas normas e certificações. Como consequência: uma melhora no produto e no controle de qualidade, ao contrário do que os mais tradicionais e pessimistas imaginaram.

Tempos áureos. BEM antes da crise e da Sunrace assumir a bronca.

Também não é só de China que vive coisa ruim

O exemplo negativo igualmente ocorre. Recentemente, após ter usado cerca de 40 pneus entre nacionais e asiáticos baratos, finalmente comprei um par da tradicional e refinada marca alemã Schwalbe. Os Delta Cruiser 700x28c foram adquiridos numa loja online da Inglaterra.

Apesar do preço, da fama, da origem alemã da marca e da garantia de originalidade da marca, estes pneus apresentaram um desempenho miserável, ficando inclusive atrás dos mais baratos pneus comprados aqui.

Schwalbe. Só quem sem a parte boa. Só que com a parte ruim – preço.

O desgaste muito acentuado pode ser consequência da maciez – que de fato é muito boa. Porém, não é o que se espera de um pneu destinado a Cicloturismo, atividade onde se busca durabilidade. A má qualidade se tornou mais aparente quando, mesmo utilizando a pressão recomendada – ultra conservadores 85psi para um pneu de 28mm – este teve sua lateral, onde há um ressalto para encaixar no aro, rasgada. Sequer havia sido em uso. A bicicleta estava na garagem e suspensa. Após 2 câmaras rasgadas dei o pneu por condenado e o substitui por um pneu genérico.

Também não é só de China que vive coisa ruim, o retorno

Tive outro Schwalbe que com um problema diferente. Na primeira vez que peguei estrada com ele, o pneu me brindou com 1h30m de caminhada. Num trecho de 60km tive dois furos com inofensivos aramezinhos metálicos. Quando do segundo, já não tinha mais câmara reserva e me restou caminhar.

Com baixa durabilidade, baixa resistência a furos, fabricação fora da especificação de pressão a única característica que manteve da fama da engenharia alemã foi realmente o alto preço de aquisição.

A pedalada é constituída por um movimento cíclico e alternante. Ao analisá-lo, uma das conclusões é a existência de uma diferença do torque na pedivela em cada ponto da volta.

Em geral temos o ponto de torque máximo quando o braço da pedivela se encontra paralelo com o chão (e perpendicular com a perna).

O ponto de menor torque acontece 90º depois, quando os braços da pedivela estão perpendiculares ao chão. Nesse estágio só podemos aplicar a força puxando ou empurrando na horizontal, o que a torna muitas vezes menor se comparada àquela de pressionar o pedal na direção do solo – aqui teremos inclusive a possibilidade de usar o próprio peso.

Como temos 2 braços de pedivelas defasados em 180º temos uma função que descreve o torque na pedivela que se repete a cada 180º e que alterna do máximo para o mínimo a cada 90º.

Considerando que a coroa da bicicleta está fixa em relação aos braços da pedivela (existem exceções), é possível dividir a coroa em 4 regiões espaçadas em ¼ de volta.

Em duas delas teremos um desgaste acentuado em virtude de estar em fase com o torque máximo. E nas 2 regiões restantes temos um desgaste muito inferior por estar em fase com “ponto morto” da pedalada.

Desgaste não uniforme de dentes da coroa

Numa corrente ideal de comprimento exato e imutável isso não aconteceria pois a tração na corrente seria distribuída em vários dentes. Porém, como o comprimento cresce com o desgaste, os primeiros dentes do contato acabam recebendo praticamente toda a carga da corrente.

Sabendo que precisamos descartar as coroas da pedivela quando estas começam a saltar, na prática descartamos uma coroa que está 180º operacional e 180º gasta.

Volta Coroa!

Em virtude disso, podemos realizar um truque para estender a vida das coroas da pedivela, caso estas seja parafusadas e sejam de 4 parafusos.

Basta que, de tempos em tempos (nas trocas de corrente ou em revisões periódicas, por exemplo), desparafuse as coroas, gire 90º e monte novamente. Desta forma dar-se-á maior desgaste aos dentes que estavam quase novos e poupará os dentes gastos e que iriam condenar a coroa toda.

Em caso de pedivelas de speed já é um pouco mais complicada esta matemática por utilizar 5 parafusos. Ainda assim, é possível girar 72º a cada troca de corrente e a cada 5 trocas teríamos um desgaste igual em toda a coroa.

Em algumas coroas maiores existe um pino de uns 5mm de altura cujo objetivo é impedir que a corrente caia no espaço entre o braço da pedivela e a coroa. Como ele não existe mais a simetria necessária para o rodízio, porém, pode ser removido. Com um câmbio dianteiro bem regulado isso não fará falta.

Esta técnica ainda permite equalizar o desgaste diferenciado em função de se ter uma perna mais forte que outra, algo extremamente comum.