IMG_7834_50rsz.jpg
Stiffness.jpg

Kadro Rijidliği ve Performans

Hepimiz bir kadroda rijidliğin ne kadar önemli olduğunu artık biliyoruz.. Tabii ki binbir zorlukla kazandığımız Watt’larımızın kadrodaki o berbat “esneklik” sebebiyle boşa gitmesini istemeyiz! Ne de olsa bunları neredeyse bütün dergilerde ve ünlü markaların broşürlerinde okuduk öğrendik :)

Ben yine de buna körü körüne inanmaktansa derinlemesine biraz araştırmak istedim. Yani bu o kadar genel geçer kabul görmüş bir gerçek ise mutlaka bir dayanağı vardır; bu konu üzerine testler yapılmış, kadrodaki esnemenin ne kadar güç kaybı yarattığı görülmüştür diye düşündüm. Tamam; dergiler ve firmalar kadroların rijidliği üzerine senelerdir birçok test yapmış, farklı markaların rijidliğini birbiriyle karşılaştırmış.. Ancak kadrodaki esnemenin bir güç kaybı getirdiğini gösteren tek bir test ile en azından ben karşılaşmadım..

 

Kadro rijidliğinin/esnekliğinin performansa etkisi konusunda ciddi testler yapan bir kaynak Bicycle Quarterly dergisi. Ancak onların çıkardığı sonuç ise genel inanışı desteklemiyor: Maksimum performans için kadronun olabildiğince rijid değil, doğru bir seviyede esnek olması gerektiğini savunuyorlar. Bu esneklik seviyesi ise tamamen sürücünün ağırlığı ve performansı ile orantılı. Onlara göre günümüzün devasa borulu karbon kadroları, 2000W ile sprint atmayan orta halli bir bisikletçi için aşırı derecede rijid.

Bu konuda yaptıkları birçok test var, ancak en ilgincini aktarayım: Bir kadro ustasına 3 adet aynı geometride, aynı boru çaplarında kadro yaptırıyorlar. Kadroların tek farkı boruların et kalınlığı. Dolayısı ile birbirleri arasında %15-20 fark olan 3 farklı rijidlikte kadro oluyor. 3 bisikletin tüm komponentleri aynı, ve görsel olarak da tüm bisikletler tamamen birbirleriyle aynı. Hangi kadronun hangisi olduğunu sadece teste katılmayan bir moderatör biliyor. 3 sürücü her bir bisikleti değişmeli olarak test ediyor, zaman tutuluyor, güç çıktılarına bakılıyor. Testin sonunda sürücülerin kadroları hissiyatına ve performansına göre sıralaması isteniyor. Bir sürücü aradaki farkları anlayamıyor, ancak diğer ikisi %100 tutarlı bir sıralama verebiliyor. Buna göre en performanslı olduğunu düşündükleri kadro en ince borulu, dolayısı ile en esnek olan! En kötü sonuçları veren ise en rijid olan?! Ve güç çıktıları da sürücülerin bu seçimlerini destekliyor; verdikleri güçler en esnek kadro üzerinde %12’ye kadar daha fazla.

3biketest.jpg

Fig. Bicycle Quarterly testi

Konuyu biraz açmak gerekirse;

Öncelikle temelden başlayalım.. Şu kesin bir bilimsel gerçektir ki, çoğu metali elastik olarak deforme edip geri bıraktığımızda verdiğimiz enerjinin %99.9’unu geri alırız. Yani bir kadro esnediği zaman enerji kaybı olmaz; pedala kuvvet uyguladığımızda kadronun esneyerek depoladığı enerji, üzerindeki kuvvet kalkarken, aynı bir yay misali, tamamen geri dönecektir. Bütün mesele bu enerjinin ne zaman ve nereye geri döndüğüdür. Bicycle Quarterly’nin teorisi o ki; doğru esneklikteki bir kadroda bu enerji, krank koluna tork veremediğimiz üst/alt ölü noktalarda (krank kolu dikey pozisyona geldiğinde) kadronun geri esnemesiyle arka tekere iletilmekte, ve kranka tork veremediğimiz bu noktalarda bizi ufak bir nebze de olsa ileri itmektedir. Dolayısı ile boşa giden bir enerji olmamaktadır. Bu teoriyi pratik olarak kanıtlayan çok basit bir test yapabilirsiniz (internette videoları mevcut: Fig.GCN test). Şöyle ki; bisiklet arka teker boşta dönebilecek şekilde trainer üzerine bağlanır, krank yatay poziyona getirilir ve pedalın altına 1-2cm boşluk kalacak şekilde sabit bir destek konulur. Daha sonra arka fren sıkılarak pedala kuvvetlice basılır ve altındaki desteğe dayanması sağlanır. İşte bu esnada aradaki 1-2cm boşluğu kapatan kuvvetin verdiği enerji, arka teker dönemediğinden tamamen kadroyu esnetmeye gitmektedir. Bu pozisyonda; pedal, altındaki desteğe dayalı iken, fren bırakılır ve pedal hareket etmediği halde arka tekerin dönmeye başladığı görülür! İşte burada arka tekeri döndüren enerji, tamamen kadroda depolanan elastik potansiyel enerjidir.

gcn flex energy test.jpg

Fig. GCN’in Tom Sturdy ile gerçekleştirdiği sözkonusu Frame Flex Testi

Bu mekanizmanın performansa olan pozitif etkisi ise daha çok insan fizyolojisi ile alakalıdır. Kaslar esnek bir dirence karşı çalıştığında, rijid bir dirence kıyasla daha az zorlanır. Bunu farklı şekillerde hepimiz tecrübe etmişizdir. Ben genellikle merdiven örneğini veriyorum; mesela iki farklı merdiveni koşarak hızla tırmandığımızı varsayalım. İlki tamamen rijid beton bir merdiven olsun. İkincisi ise belirli bir esneklikte basamakları olan ahşap bir merdiven. Esnek ahşap bir merdiveni çıkmanın daha kolay, en azından hissiyatının çok daha iyi olduğunda hepimiz hemfikiriz sanıyorum. Çünkü aynı doğru esneklikteki bir kadroda olduğu gibi; basamaklar biz maksimum kuvveti verdiğimizde bir miktar esneyerek enerjinin bir kısmını depolayacak, bacağımız tam açıldığında ve daha fazla kuvvet uygulayamadığımız noktada depoladığı enerjiyi bize geri vererek son bir ileri itme sağlayacaktır. Belki de çelik kadroların sürüşünün bu kadar sevilmesinin; “canlı” olarak tabir edilmesinin en temel sebebi budur. Çünkü çelik kadrolar çok geniş bir aralıkta rijidliğe sahip olabilse de, genel olarak günümüzün karbon ve aluminyum kadrolarına göre daha esnektir.

 

Peki bir kadronun rijidliği ne genişlikte bir yelpazede değişebilir? Çoğu kişi farklı kadrolar arasındaki rijidlik farkının pek de fazla olmadığını, kolay kolay anlaşılamayacağını düşünebilir. Ancak kendi alanım olan çelik kadrolar üzerinden rakamlarla konuşmak gerekirse: geçmişin standart çaplardaki (28.6mm downtube) borulu bir kadrosuyla, günümüzün en büyük çaplı Spirit HSS vb (44mm downtube) borularından oluşan bir kadroyu karşılaştırdığımızda aradaki rijidlik farkı 4-5 kat mertebelerindedir. Birçok karbon kadro bundan bile daha rijiddir. Böyle geniş bir yelpazede, aradaki farkların tecrübeli bir bisikletçi tarafından rahatlıkla anlaşılabileceğini söyleyebiliriz.

 

Yine de burada bir parantez açmak gerekir ki; bazı sürücülerin ise bisikletin rijidlik veya konforu gibi konularda kadrodan beklentisi gerçekçiliğin biraz ötesinde olabilmektedir; bir bisikletin konfor ve rijidlik hissiyatında, lastik seçimi, sele borusu çapı ve uzunluğu, jantlar, gidon gibi parametreler en az kadro kadar ve hatta bazen daha fazla etki sahibi olabilmektedir.

 

Peki bir kadronun esneklik/rijidlik bakımından tasarımı nasıl yapılır? Bu noktada en büyük etken boru seçimidir. Ancak bu konuda birçok kişinin düştüğü yanılgı; boru markası, modeli, alaşımının rijidliği etkileyeceğidir. Evet; çelik, titanium, aluminyum bunların hepsinin rijiditesi farklıdır, ve bunu malzemenin Young’s Modulus’u (E) gösterir. Buna göre titanyum çeliğe göre yaklaşık 2 kat, aluminyum ise 3 kat daha esnektir. Ancak bu alaşımlara kendi çerçevelerinde baktığımızda, malzeme rijidlik bakımından önemini kaybeder. Çünkü baz metal aynı olduğu sürece bir metal alaşımının E’si genellikle pek değişmez. Yani bir çelik alaşımı için; ister sözettiğimiz Reynolds’un en üst seviye 953 boruları olsun, ister düşük karbonlu çelik alelade bir boru olsun; çap ve et kalınlığı aynı olduğu sürece iki borunun da rijidliği aynıdır. (Buradaki tek problem sıradan çelik borunun çekme mukavemeti çok düşük olduğundan Reynolds 953 kadar ince borular yapmaya uygun olmamasıdır.) Bu bağlamda bir kadronun rijidliği/esnekliği bakımından ilk bakılacak nokta boruların çapı ve et kalınlığıdır. Boru seçimi dediğimiz budur.

 

Yine bu çerçeveden bakınca neden Titanyum, Aluminyum veya Karbon kadroların çelik ile aradaki özkütle farkını yansıtmadığını (Titanyum bir kadronun Çeliğin yarısına yakın, Aluminyum bir kadronun ise Çeliğin üçte biri ağırlıkta olmadığını) anlayabiliriz. Çünkü bu malzemelerle doğru rijidite/esneklikte bir kadro yapmak için daha geniş çapta ve daha büyük et kalınlıklı borular kullanmak gerekmektedir.

 

Kendi açımdan konuşmak gerekirse ben boruların çapının / et kalınlığının ne derecede bir rijidlik getirdiğini teorik olarak hesaplayarak yola çıkıyorum. Buna göre çaptaki her 1 boy artış (25.4-28.6-31.8-35-38-42 çapları arasındaki her basamak) yaklaşık %35-40 civarı bir rijidlik artışı getirmekte, et kalınlığındaki 0.1mm artış ise %15-20 civarı bir artış getirmektedir. Çelik ile çalışmanın en büyük artılarından birisi çok farklı çap ve kalınlıkta boruların bulunabilmesi; bu sayede sürücünün ağırlığına ve gücüne bağlı olarak kadronun esnekliğini geniş bir aralıkta ayarlamaya olanak vermesidir. Ben ise yukarıda bahsettiğim gibi daha önce yapılmış testleri, çalışmaları ve aynı zamanda kendi deneyimlediğim kadroları baz alarak, tasarlanacak kadronun esnekliğini kullanacak kişinin ağırlığına ve verdiği güce (Watt’a) oranlı olarak ayarlamayı, o “canlı” kadro hissiyatını yakalamayı hedefliyorum. Yani sonuç olarak boru seçimi dediğimiz bir “black art” değil, bu şekilde tamamen teoriye ve mühendisliğe dayalı bir konudur.

Burçak Erbil