Fórmulas clave para la aerodinámica de las bicicletas y una herramient

Simulador de aerodinámica de bicicleta

Densidad del aire (kg/m³):

1.225

Coeficiente de arrastre:

0,7

Área Frontal (m²):

0,5

Coeficiente de resistencia a la rodadura:

0.004

Masa total (kg):

Degradado (%):

Principales fórmulas para calcular el rendimiento aerodinámico en una bicicleta

1. Ecuación de resistencia aerodinámica

La fórmula principal utilizada para calcular el rendimiento aerodinámico en el ciclismo es la ecuación de resistencia aerodinámica. Esta ecuación cuantifica la fuerza que ejerce la resistencia del aire sobre el ciclista y la bicicleta:

F_{d} = \frac{1}{2} \cdot ρ \cdot C_{d} \cdot A \cdot v^{2}

$F_d = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot C_d \cdot A \cdot v^2$

Dónde:

$F_d$ = Fuerza de arrastre aerodinámico (N)
$\rho$ = Densidad del aire (kg/m³)
$C_d$ = Coeficiente de arrastre (adimensional)
$A$ = Área frontal del ciclista y bicicleta (m²)
$v$ = Velocidad del ciclista relativa al aire (m/s)

2. Potencia necesaria para superar la resistencia aerodinámica

Para mantener una cierta velocidad, el ciclista debe producir potencia para superar la resistencia aerodinámica. La potencia requerida se puede calcular mediante:

P_{d} = F_{d} \cdot v = \frac{1}{2} \cdot ρ \cdot C_{d} \cdot A \cdot v^{3}

$P_d = F_d \cdot v = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot C_d \cdot A \cdot v^3$

Dónde:

$P_d$ = Potencia necesaria para superar la resistencia aerodinámica (W)
$F_d$ = Fuerza de arrastre aerodinámico (N)
$v$ = Velocidad del ciclista relativa al aire (m/s)

3. Resistencia a la rodadura

Aunque no es puramente aerodinámica, la resistencia a la rodadura también afecta al rendimiento general. La fuerza de resistencia a la rodadura se puede calcular mediante:

F_{r} = C_{r} \cdot m \cdot g

$F_r = C_r \cdot m \cdot g$

Dónde:

$F_r$ = Fuerza de resistencia a la rodadura (N)
$C_r$ = Coeficiente de resistencia a la rodadura (adimensional)
$m$ = Masa del ciclista y de la bicicleta (kg)
$g$ = Aceleración debida a la gravedad (9,81 m/s²)

4. Potencia total requerida

La potencia total necesaria para mantener una velocidad constante sobre una superficie plana, considerando tanto la resistencia aerodinámica como la resistencia a la rodadura, es:

P_{t o t a l} = P_{d} + P_{r} = \frac{1}{2} \cdot ρ \cdot C_{d} \cdot A \cdot v^{3} + C_{r} \cdot m \cdot g \cdot v

$P_{total} = P_d + P_r = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot C_d \cdot A \cdot v^3 + C_r \cdot m \cdot g \cdot v$

Dónde:

$P_{total}$ = Potencia total requerida (W)
$P_d$ = Potencia necesaria para superar la resistencia aerodinámica (W)
$P_r$ = Potencia necesaria para superar la resistencia a la rodadura (W)

5. Efecto del degradado

Al andar en bicicleta en pendiente, se debe sumar el componente gravitacional al cálculo de la potencia:

P_{g r a d i e n t e} = m \cdot g \cdot v \cdot \sin (θ)

$P_{gradiente} = m \cdot g \cdot v \cdot \sin(\theta)$

Dónde:

$P_{gradient}$ = Potencia necesaria para superar el gradiente (W)
$m$ = Masa del ciclista y de la bicicleta (kg)
$g$ = Aceleración debida a la gravedad (9,81 m/s²)
$v$ = Velocidad del ciclista (m/s)
$\theta$ = Ángulo de inclinación (radianes)

6. Potencia total en pendiente

Combinando todos los componentes, la potencia total requerida en una pendiente es:

P_{t o t a l} = \frac{1}{2} \cdot ρ \cdot C_{d} \cdot A \cdot v^{3} + C_{r} \cdot m \cdot g \cdot v + m \cdot g \cdot v \cdot p e c a d o (θ)

$P_{total} = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot C_d \cdot A \cdot v^3 + C_r \cdot m \cdot g \cdot v + m \cdot g \cdot v \cdot \ pecado(\theta)$

Estas fórmulas proporcionan un marco integral para calcular el rendimiento aerodinámico y los requisitos generales de potencia para el ciclismo en diversas condiciones.