Kolesarji večino časa le kolesarimo, veselo prestavljamo med prestavami in se nikoli ne vprašamo, kako prestave sploh delujejo. Zakaj nam je toliko težje pedalirati z verigo na majhnem zobniku kasete kot na velikem?
S prestavami spreminjamo razmerje med velikostjo uporabljenega sprednjega in zadnjega zobnika. Manjši kot je zadnji zobnik, manjši obrat gonilke je potreben za en obrat zobnika, a zahteva več moči. Večji kot je zadnji zobnik, večji obrat gonilke je potreben za en obrat zobnika, a zahteva manj moči.
Delovanje prestav je precej preprosto, ko enkrat razumemo logiko oziroma fiziko, ki stoji v ozadju. V nadaljevanju vam jo bomo razložili karseda preprosto.
Kaj vse vpliva na težavnost pedaliranja?
Preden se poglobimo v podrobnosti prestavnih razmer in njihovega delovanja, moramo razumeti kateri deli kolesa so vključeni v pedaliranje in poganjanje kolesa.
- Gonilka – Drži se pedala. Kolesar s pritiskanjem na pedala vrti gonilko, ta pa posledično vrti sprednji zobnik.
- Sprednji zobnik – Drži se gonilke. Z obračanjem pedala vrtimo sprednji zobnik in posredno verigo, ki prenaša opravljeno delo na zadnji zobnik. Na cestnih kolesih sta običajno nameščena dva sprednja zobnika, večji in manjši.
- Zadnji zobnik ali kaseta – Nameščen na zadnje kolo in s svojim vrtenjem skrbi za vrtenje gume. Zadnji zobnik vrti veriga, ki jo preko sprednjega zobnika vrti kolesar. Cestna kolesa imajo običajno zadaj nameščene kasete z 9 do 12 zobniki.
- Veriga – Povezuje sprednji in zadnji zobnik ter prenaša ustvarjeno delo kolesarja s sprednjega na zadnji zobnik.
To so štirje deli kolesa, ki so ključnega pomena, ko govorimo o prestavnih razmerjih. S prestavljanjem spreminjamo razmerje med obratom gonilke, sprednjega in zadnjega zobnika ter posledično zadnje gume. Večje kot je razmerje, težje je pedalirati, a se lahko vozimo hitreje.
Zakaj je pedaliranje na majhnem zadnjem zobniku težje?
Ko začnemo razmišljati o prestavnih razmerjih, hitro ugotovimo, da s prestavljanjem spreminjamo razmerje med sprednjim in zadnjim zobnikom ter si na ta način lajšamo pedaliranje.
Ne vem za vas, a sam sem se kot otrok vedno spraševal, zakaj pedaliranje z verigo na zadnjem manjšem zobniku ni lažje od pedaliranja z verigo na zadnjem zobniku. ‘Seveda bom lažje obrniti majhen zobnik, kot velikega,’ sem si mislil. Težko bi se bolj motil.
Majhen obrat pedala za velik obrat gume
Osredotočimo se najprej zgolj na zadnji zobnik in odmislimo dogajanje na sprednjem. Torej, zadaj imamo med 9 in 12 zobnikov, pri čemer je pedaliranje na najmanjšem najtežje in pedaliranje na največjem najlažje.
Da razumemo, zakaj je temu tako, se moramo posvetiti razmerju med tremi deli kolesa. Zanima nas v kakšnem odnosu so gonilka, zobnik in guma ter kako obrat enega vpliva na drugega.
- Razmerje med zobnikom in gumo. Tu velja, da en obrat zobnika predstavlja en obrat gume. Precej preprosto, kajne?
- Razmerje med gonilko in zobnikom. S prestavljanjem spreminjamo to razmerje. Manjši kot je zobnik, manjši obrat gonilke je potreben za en poln obrat zobnika in posledično en obrat gume..
Če vzamemo, da je obrat zobnika in gume enak, potem moramo gledati le drugo razmerje, torej razmerje med gonilko in zobnikom/gumo.
Zanima nas torej, koliko poti prepotuje guma ob enem obratu gonilke. Daljša, kot je ta pot, bolj učinkovito je naše pedaliranje, a hkrati postane tudi težje.
Vožnja v težji prestavi ti odpre možnosti za višjo hitrost, a za ceno večjega napora.
Dajmo še nekoliko poenostaviti.
Če pedaliramo na najmanjšem zobniku, potem z vsakim obratom gonilke gumo zavrtimo za 3,25 obrata. Pretvorjeno v metre z enim obratom gonilke prepotujemo 6,85 metra.
Sedaj verigo prestavimo na največji zobnik. Takoj opazimo, da je pedaliranje lažje, a to pride s posledico manjše prepotovane poti. Vsak obrat gonilke vodi v le 1,2 obrata gume oziroma 2,53 metra prepotovane poti.
V težji prestavi, torej na manjšem zobniku, moramo v vsak obrat gonilke vložiti več energije, a smo nagrajeni z daljšo prepotovano potjo. Ob vožnji na večjem zobniku je zgodba obrnjena in je obrat gonilke lažji, a je prepotovana razdalja precej krajša.
Osebno sem delovanje prestav razumel šele, ko sem si postopek preslikal v eno izmed bolj običajnih življenjskih okoliščin. Morda primer pomaga tudi vam.
Predstavljajte si, da ste prišli iz trgovine in imate poln prtljažnik stvari, ki jih morate odnesti v stanovanje. Tu ste postavljeni pred odločitev:
Vse stvari lahko odnesete v enem poskusu, a bo to od vas zahtevalo veliko napora.
ALI
Stvari iz avta v stanovanje odnesete v več poskusih, vsak izmed njih pa bo od vas zahteval manj napora.
Na koncu dneva ste opravili enako dela – vse nakupljene stvari ste spravili v stanovanje. Razlikoval se je le način in razporeditev dela.
Enako je s prestavami. Enako dolgo razdaljo lahko premagate z enim obratom gonilke, a bo ta zahteval veliko napora. Lahko pa si razdaljo razdelite na več poti (več obratov gonilke), a bo vsaka izmed njih lažje premagljiva.
Zakaj v klanec vozimo v nižji prestavi?
Naloga kolesarja je, da najde pravo razmerje med težavnostjo obrata gonilke in prepotovano razdaljo:
- Na ravnini nam odgovarja srednje težek obrat gonilke in se zadovoljimo s srednje dolgo prepotovano potjo.
- Na spustu je obračanje gonilke zaradi sodelovanja gravitacije lažje, zato si lahko privoščimo pedaliranje v težji prestavi, posledično pa razdaljo premagujemo hitreje.
- Na vzponu gravitacija dela v nasprotno smer vožnje. Kolesarji tu sprejmemo kompromis in raje večkrat opravimo manj dela in se zadovoljimo z manjšo prepotovano potjo z vsakim obratom gonilke.
Potrebno je poudariti, da na ravnini, predvsem pa na spustu, kolesarju pomaga tudi inercija. Po prenehanju pedaliranja se ne ustavimo takoj, pač pa se nekaj časa še vozimo na račun pred tem vloženega dela.
Na vzponu pa nam nagaja gravitacija, ki izničuje učinek inercije. Vloženo delo se v premagano razdaljo preslika skoraj v razmerju 1:1.
V smeri naprej se premikamo zgolj na podlagi vloženega dela. Zato kolesarji raje delo razdelimo na več manjših delov in v lažji prestavi premagamo zahtevan napor.
Zakaj je težje pedalirati na večjem sprednjem zobniku?
Ko se zdi, da že razumemo, kako delujejo prestave, pride v igro še sprednji zobnik. Na cestnih kolesih sta običajno nameščena dva, z različnim številom zob.
Tu je zgodba drugačna kot zadaj in večji zobnik predstavlja težjo prestavo kot manjši. Poglejmo si, zakaj je temu tako.
Večji zobnik ima več zob kot manjši (kdo bi si mislil, kajne?). Če vemo, da veriga ob stiku z zobnikom z vsakim členom objame en zob zobnika, potem nam je jasno, da z obratom zobnika z več zobmi obrnemo večji del verige. Če obrnemo več verige, se posledično bolj obrne zadnji zobnik, kar vodi v večji obrat gume.
Naj vam podam povsem konkreten primer, ki vam bo še nekoliko poenostavil razumevanje delovanja sprednjega zobnika in njegovega odnosa do zadnjega zobnika.
Recimo, da imamo spredaj nameščen zobnik s 50 zobmi, zadaj pa zobnik s 25 zobmi. Vsak obrat sprednjega zobnika bo povzročil dva obrata zadnjega zobnika oziroma dva obrata gume.
Sedaj spredaj spremenimo zobnik in uporabimo zobnik s 25 zobmi (tovrstni sprednji zobniki niso prav pogosti, a je za razumevanje delovanja lažji takšen primer). Zadaj imamo še vedno nameščen zobnik s 25 zobmi. V tem primeru pomeni en obrat sprednjega zobnika točno en obrat zadnjega zobnika.
Učinkovitost enega obrata sprednjega zobnika postane manjša. Z enim obratom premagamo krajšo razdaljo, a je ta obrat lažje opraviti. Znova veljajo zakoni, ki smo jih spoznali že pri zadnjem zobniku.
Zakaj je najmanjši zobnik zadaj na zunanji strani, spredaj pa na notranji?
Če pogledamo kolo in zobnike, hitro opazimo, da so te spredaj in zadaj obrnjeni drugače. Zadaj je najmanjši zobnik najbolj oddaljen od kolesa, spredaj pa je manjši zobnik bližje kolesa.
Zakaj je temu tako?
Tovrstna orientacija zobnikov zagotavlja, da med vožnjo v najtežji ali najlažji prestavi ne pride do ‘križanja verige’ oziroma poteka verige od sprednjega do zadnjega zobnika v diagonali. Ta namreč razteguje verigo in krajša njeno življenjsko dobo.
Aktualna ureditev zobnikov poskrbi, da je veriga med vožnjo v najlažji prestavi poravnana. Zadaj je na največjem zobniku tik ob kolesu, spredaj pa na najmanjšem zobniku, prav tako tik ob kolesu.
Ko vozimo v najtežji prestavi je slika obrnjena in je veriga zadaj na najmanjšem zobniku, spredaj pa na največjem, oba pa sta najbolj oddaljena od kolesa. Tako je veriga znova poravnana.
Do križanja verige tudi s tovrstno postavitvijo zobnikov še vedno lahko pride, a naloga kolesarja je, da to prepreči. Odsvetuje se vožnja z verigo na velikemu zobniku spredaj in velikem zobniku zadaj ter obratno. Kolesar mora pravočasno verigo prestaviti iz večjega na manjši zobnik, predvsem spredaj.
Zaključek
Delovanje prestav je na prvi pogled precej zapletena zadeva. A ko se poglobimo v fiziko v ozadju, hitro razumemo, zakaj je obračanje manjšega zobnika težje od obračanja večjega.
Z vožnjo na manjšem zadnjem zobniku skrbimo, da z vsakim obratom gonilke zobnik in posledično gumo obrnemo večkrat. To nam omogoča daljšo prepotovano pot z enim samim obratom gonilke, a od nas zahteva več vloženega dela.
Na drugi strani vožnja z verigo na večjem zadnjem zobniku omogoča lažje obračanje gonilke z manj proizvedene moči, a z enim obratom premagamo krajšo pot.
Spredaj je zgodba obrnjena. En obrat večjega sprednjega zobnika premakne več verige, posledično bolj zavrti zadnji zobnik, kar vodi do daljše premagane poti. A tovrsten obrat zahteva več vloženega dela.
Obrat manjšega sprednjega zobnika pa verigo zavrti manj, posledično pa tudi manj zavrti zadnji zobnik. Zaradi tega en obrat vodi do krajše premagane razdalje, a je ta obrat precej lažji.
Za konec je dobro vedeti še, zakaj so zobniki spredaj in zadaj po velikosti obrnjeni drugače. To omogoča, da se veriga med vožnjo v najlažji ali najtežji prestavi ne križa in posledično razteguje. Tovrstna postavitev zobnikov posredno podaljšuje življenjsko dobo verige.
