Tipovi bicikla

Poprilično nemačka definicija bicikla glasila bi otprilike ovako: "Bicikl je vozilo s dva (ili tri) točka, koje se preko mehaničkog prenosa pokreće snagom ljudskih mišića, a služi za prevoz osoba i lakših tereta". Pod ovako široku definiciju mogao bi potpasti velik broj raznolikih konstrukcija. Uostalom, oni koji su imali priliku da prelistaju nešto od biciklističke literature, mogli su da se načude silnom bogatstvu ideja koje su se javljale u glavama konstruktora. Ne treba sumnjati da se nove ideje rađaju i nadalje. Međutim, uz svu raznolikost, moguće je govoriti o nekoliko karakterističnih grupa u pogledu namene bicikla.

Turni (treking) bicikl

Karakteristike turnog bicikla su robusnost, jednostavnost i vrlo dobra zaštićenost bicikliste od lanca, žbica, blata i mokre ceste. Prtljažnik, blatobrani i svetla su obavezni, sedište je malo šire i sa oprugama. Masa turnog bicikla varira od 17 do 19 kg.

"Običan" turni bicikl može se preporučiti onima kojima je bicikl potreban kao prevozno sredstvo i transporter umerenih tereta, i to kako u gradu tako i na selu. Malo veću težinu i odsutnost penjačkih sposobnosti kompenziraće svojom nižom cenom i jednostavnim održavanjem. Uostalom, na većoj uzbrdici bicikl se može i pogurati.

"Sportski" turni bicikl je kategorija koju ne treba mešati sa takmičarskim biciklima (takozvanim "specijalkama"). Kod njih je nešto udobnosti i zaštićenosti biciklista žrtvovano za smanjene težine i trenja okretanja. To je ostvareno primenom tanjih cevi rama, lakšim i užim točkovima, samo delimičnom zaštitom lanca i sl. Medutim, blatobrani, svetla i malo smanjeni prtljažnik su njegova standardna oprema. Bicikli iz ove grupe teže od 15 do 17 kg i odgovaraju prvenstveno mladim biciklistima koji vole da se upute i na malo duže ture i cene veću efikasnost i veći broj brzinskih prenosa, a pritom ne žele da se odreknu udobnosti, zaštite od blata i vode i mogućnosti prevoza manjih tereta.

Takmičarski bicikl

Bicikli ove kategorije predstavljaju ekstrem u kojem je sve podređeno učinku na cesti. Maksimalno su olakšani odbacivanjem za takmičenje nepotrebnih delova i primenom najkvalitetnijih materijala i komponenti. Gazna površina guma je smanjena na minimum, primenom vrlo tanke i pod visokim pritiskom napumpane gume. Volan je savijen zbog zahteva za aerodinamičnim položajem bicikliste. Standardno su opremljeni sa 12, 14 ili 16 brzinskih prenosa.

Brdski bicikl (mtb)

Od običnih bicikala se razlikuju širokim volanima za što bolju kontrolu bicikla, menjačima na volanu koji omogućavaju menjanje brzina bez odizanja ruku, vrlo efikasnim kočnicama posebnih konstrukcija - tzv. cantilever i U-kočnicama, velikim rasponom brzinskih prenosa ostvarenih pomoću tri pogonska i šest do osam zupčanika na točku, pri čemu je važno istaći postojanje brdskih prenosa koji idu ispod omera 1:1, npr. čak 26:34 kao omer broja zubaca pogona i na točku. S takvim prenosima trenirani biciklisti sposobni su savladavati ekstremne uzbrdice. Konačno, to su i nešto manji (26") točkovi sa širokim (1,75 do 2,5") gumama raznih profila. Mase MTB bicikala kreću se od 10 do 15 kg.

Brdski bicikl ima i svoju civilizovanu varijantu, koja zadržava uglavnom sve njegove dobre karakteristike, ali uz dodatnu opremu postaje mnogo prikladniji. Proizvođači tu varijantu zovu raznoliko - gradski bicikl (CITY BIKE), SAFARI-STREET, TOWN & COUNTRY i sl. Zapravo to je MTB bicikl opremljen blatobranima, svetlima, prtljažnikom i minimalnom zaštitom lanca. S obzirom da nisu namenjeni ekstremnim sportskim naporima, nemaju skupe i vrlo kvalitetne ramove, viljuške i ostale delove pa ne pripadaju visokoj cenovnoj grupi. Bicikli iz ove grupe teže od 15 do 17 kg.

Mehanika bicikliranja

Sve do sedamdesetih godina naučnim aspektima bicikliranja nije se posvećivala neka naročita pažnja. Tada su se angažovali američki naučnici na projektima efikasnijeg vozila na ljudski pogon. Nastalo je nekoliko takvih vozila, koja su nazvana reclining ili recumbent biciklima, jer je u njima biciklist zapravo u ležećem položaju. 1976. godine osnovano je Međunarodno udruženje vozila na ljudski pogon, pa su počeli da  organizuju takmičenja, a postavljeni su i neki rekordi. Uključivanje nauke pokazalo je munjevit rezultat. Jedno od novokonstruiranih vozila na pogon ljudskom snagom (HPV - human powered vehicle) pomerilo je svetski biciklistički rekord jednosatnog proseka od 50 km/ h na prlbližno 67 km/h.

Sile trenja koje deluju na bicikl u pokrertu

Kretanju bicikla opiru se uglavnom dve sile trenja: trenje okretanja (Ft) i sila aerodinamičkog otpora (Fa). Dodatni otpori u osovinama i lancu se mogu zasad zanemariti. Ako se, međutim, bicikl kreće uz ili niz padinu koja je prema horizontali nagnuta pod nekim uglom, javlja se dodatna sila koja usporava ili ubrzava bicikl, koja je zavisi od nagiba i može nadmašiti sve druge otpore.

Sila trenja okretanja Ft  je prikazana kao suma trenja na prvom i drugom točku Ft = Ft1 + Ft2 i nadalje je razmatrana jedinstveno. Ona zavisi od  koeficijenta trenja Ct i sile na podlogu. Ako sa W označimo zajedno težinu bicikla i vozača, možemo za silu trenja pisati Ft = Ct • W • cos a. Koeficijent trenja Ct najviše zavisi od vrste (i napumpanosti) gume i kvaliteti podloge, a približno je nezavisan od brzine bicikla.

Snagu (u vatima) potrebnu za održavanje konstantne brzine bicikla savladavajući samo silu trenja dobijamo množenjem sile trenja (u njutnima) sa brzinom (u m/s).

Vidi se kako su za to potrebne male snage. Na primer, za tipičnu brzinu bicikliste od 5 m/s (18 km/h) teškom običnom biciklu bilo bi potrebno 36 W, a takmičarskom samo 13 W, sve to, naravno, ne računajući na aerodinamički otpor. A on zavisi od oblika (aerodinamičnosti) sistema bicikl-biciklista, i posebno od brzine kretanja (v). Može se prlkazati izrazom:

Cx označava koeficijent aerodinamičkog otpora, A - efektivnu (napadnu) površinu bicikliste i bicikla, ro - gustinu vazduha koja u normalnim uslovima iznosi oko 1,2 kg/m3.

Bicikl zajedno sa biciklistom spada među vrlo neaerodinamična vozila, što se ogleda u vrlo velikoj vrednosti koeficijenta Cx. Ta nepovoljna osobina dolazi do izražaja pogotovo pri većim brzinama. Već samom promenom položaja držanja bicikliste može se prilično promeniti aerodinamički otpor i to zbog činjenice da se smanjivanjem koeficijenta Cx ujedno smanjuje efektivna površina A.

Ukupnu silu trenja, koju treba savladati da bi se bicikl održavao u stanju konstantne brzine na glatkoj i horizontalnoj podlozi, dobićemo sabiranjem Ft i Fa. Tako na primer u slučaju običnog turnog bicikla, koji se kreće brzinom od 5 m/s (18 km/h), ukupna sila trenja iznosi 5,1 N + 9 N = 14,1 N, odnosno za njegovo kretanje treba konstantna snaga od 70 W.

Ljudsko telo kao motor

Ljudsko telo kao proizvođač energije slično je, ali i različito od npr. automobilskog motora. Kao gorivo služi mu hrana i piće. Korisna energija, ono što jedan motor daje u obliku obrtnog momenta radilice, je mehanička energija koju proizvode njegovi mišići. Pritom se u oba slučaja proizvodi i otpadna toplota, koja se kod motora odvodi hlađenjem i izbacivanjem vrućih gasova, a kod ljudskog tela isparavanjem vode disanjem i znojenjem i hlađenjem tela. Konačna sličnost među njima je da je koeficijent korisnog delovanja približno jednak, odnosno 20 do 30 posto. Podsetimo se da je koeficijent korisnog delovanja jednak odnosu korisne (mehaničke) i ukupno utrošene energije goriva. U slučaju tela to je ukupna količina kalorija koju čovek pojede i popije.

Kad analiziramo razlike među njima, vidimo da je ljudsko telo u ponečemu nadmoćno motoru, ali ne u svemu. Prvo, motor retko radi u režimu pomenute 20 do 30 postotne efikasnosti, već najčešće pri nižoj korisnosti. Drugo, motor radi kao toplotni uređaj i podvrgava se zakonima termodinamike, a ljudsko telo radi više kao goriva ćelija pa ga ne ograničavaju zakoni termodinamike. Kad ne bi bilo tako, telo bi se moralo zagrevati na temperaturu od oko 130°C! Međutim, telo je inferiorno motoru u pogledu sposobnosti dugotrajnog rada - motor može da radi punom snagom sve dok ima goriva, a telo samo vrlo kratko vreme. Po pravilu može da radi duže ali sa manjom snagom. Sa godinama starosti mogućnosti ljudskog tela se smanjuju. Maksimum sposobnosti je, što se tiče biciklizma, između 25 i 35 godina. Nakon četrdesete pada gotovo linearno sa godinama, tako da u osamdesetoj padne na 50 posto maksimalne vrednosti. To sve, naravno, važi za zdravog čoveka koji se trajno bavi sportom.

Na osnovu brojnih ispitivanja na posebnim uređajima - ergometrima, koji mere snagu i potrošnju kiseonika ljudskog tela tokom proizvoljno dugog vremenskog intervala može se govoriti o izlaznoj snazi kao funkciji vremena opterećenja ljudskog tela.

Specifična snaga ljudskog tela u zavisnosti od brzine kretanja hodanjem, trčanjem i vozeći bicikl. Ona je izražena u vatima po kilogramu mase tela (W/kg) ili u kilokalorijama po kilogramu u jednoj minuti (kcal/kg-min). Uočimo da i kad čovek miruje (ne radi ništa) njegovo telo troši oko 2,5 W/kg. Važno je napomenuti da specifičnu snagu treba razlikovati od snage mehaničke energije koju telo proizvodi, koja iznosi svega oko 20 do 30 posto specifične. To znači, npr. da telo radi snagom od 100 W, njegov organizam mora da troši ukupno 330 do 500 W.

Ugradnjom ljudskog motora u bicikl, dobija se jedno efikasno vozilo koje nekoliko puta povećava efikasnost kretanja u poređenju sa hodanjem ili trčanjem.

Uzmimo, npr. da laganim trkom brzine 2,7 m/s (9,7 km/ h) trčimo jedan sat. Za to vreme prevalićemo 9,7 km. Utroškom iste specifične snage (10 W/kg) vozeći običan bicikl prećićemo 25 km, a na specijalki u pognutom položaju 36 km. Dakle, vožnja biciklom je u ovom primeru 3,7 do 2,6 puta učinkovitija od trčanja. Još veće faktore bismo dobili kad bismo upoređivali hodanje i vožnju biciklom uz utrošak iste snage.

Dimenzije bicikla

Pri odabiru i kupovini bicikla najčešće se zanemaruje činjenica da su oni različitth veličina - namijenjeni ljudima različite visine. U načelu je moguće voziti svaku dimenziju, ali to je daleko od optimalnog. Za obične i posebno takmičarske bicikle poslužiće tablica koja povezuje visinu rama sa visinom tela prosečnog čoveka, odnosno sa dužinom njegove noge. Za MTB-bicikle važi jednostavno pravilo: kad opkoračite ram bicikla, između gornje cevi okvira i međunožja mora biti mesta za tri prsta. Zato su po pravilu MTB ramovi niži, a cevi-nosači sica duži od normalnih. To je posledica zahteva za bezbednošću MTB-biciklista.