Jízdní odpory

Obecně pohyb každého tělesa, motorky s řidičem nevyjímaje, je řízen fyzikálními zákony, které říkají: těleso bude setrvávat v klidu (což nás momentálně nezajímá) nebo přímočarém rovnoměrném pohybu, pokud je výslednice všech sil působící na těleso nulová. To při jízdě znamená, že pokud chceme jet konstantní rychlostí například 130 km/h, musí motor produkovat takovou sílu, aby vyrušil všechny odporové síly působící proti našemu pohybu. A protože jedna zásadní odporová síla, aerodynamický odpor, výrazně roste s rychlostí, dostaneme se u každého motocyklu na hranici, kdy již motor nemá další výkon navíc, aby ještě zrychlil.

Sil, působící na jízdu motorky, je hned několik a každá má jinou příčinu i jiné chování při jízdě.

Některé síly mohou mít jen kladnou hodnotu a tak nás za všech okolností jen více či méně brzdí, a my za to platíme v propáleném palivu. Odporová síla stoupání může pomoci samozřejmě při jízdě z kopce a tudíž nám sníží spotřebu nebo zvýší rychlost a obdobně je to se silou zrychlení jak je uvedeno na nákresu. Velikost výsledné síly tak bude určovat, zda zpomalujeme (výslednice působí proti směru), zda jedeme konstantní rychlostí (výslednice je nulová), nebo zda zrychlujeme (výslednice působí ve směru jízdy).

Ještě je potřebné si uvědomit, co vlastně je výkon a točivý moment. Točivý moment je síla vztažená k ose otáčení, a stejně jako sílu lze měnit pomocí pákového mechanismu, lze i točivý moment měnit (u motorky několikrát zvyšovat) cestou z motoru až k zadnímu kolu. Na zadním kole tak máme několikanásobek (dle převodového poměru) točivého momentu. Například na nejvyšší kvalt, kdy bude celkový převod např. 5, bude točivý moment na motoru o hodnotě 80 Nm převeden na kolo, kde bude mít hodnotu 400 Nm (ve skutečnosti o něco snížen díky ztrátám, a to 5-10%). Tento moment na zadním kole vyvolává v místě pneumatiky s vozovkou sílu, která nás žene kupředu. Ta je dána F=M/r, kde r je poloměr kola. Mít sílu na zadním kole je pěkné, ale abychom jeli je potřeba, aby pneumatika měla nějakou rychlost. Rychlost krát hnací síla je výkon, tedy P=F*v.

Je dán zrychlením motorky a celkovou hmotností tedy F_zr=m*a. Podle toho jak velké požadujeme zrychlení, tak velkou sílu musí motor vynaložit. Při ustálené rychlosti tento odpor zcela vymizí. Hlavní žroutem energie je tedy u sprintů, v dragsterovém odvětví. Může tak nastat i na první pohled paradox, že zvýšíme výkon motoru, ale zároveň díky daným komponentům naroste i váha stroje a dragster i s vyšším výkonem pojede se stejnými výsledky jako dříve. U běžných motorek se pohybujeme maximálně kolem zrychlení 1G, tedy přibližně 10 m/s². To znamená, že odporová síla je stejná jako tíhová síla (toto zrychlení klade odpor jako kdybychom na motorce jeli po kolmé stěně vzhůru – kdyby to samozřejmě bylo prakticky možné).

Na obrázku je náhled na rychlost (červená) a zrychlení (modrá) pomocí dataloggeru AIM z jízdy na okruhu. U hlavního grafu vlevo nahoře jsou minima a maxima obou veličin. Vidíme, že maximum zrychlení je 5,73m/s² čili 0,6G, kdežto při brždění dosahuje téměř dvojnásobných hodnot.

Co se týče zrychlení tak za zmínku určitě stojí obrovský loňský výkon švédského dragsterového závodníka Petera Svenssona. Během roku se mu podařilo jak dostat pod hranici 6 sekund na 1/4 míle (motorky, které pokořily tuto hranici spočítáme na prstech jedné ruky) a koncem srpna 2012 se stal již nejrychlejší jezdcem v nejvyšší třídě Top Fuel s časem 5,7092s a rychlostí v cíli 355 km/h. Vzhledem k tomu, že rychlost o 100 m před cílem měl 384 km/h tak pro dosažení takového času musel mít opravdu brutální zrychlení na startu. Na prvních 100 m vychází průměrné zrychlení 3G, maximální zrychlení působící na jezdce se pohybuje 4-5G.

Se stoupáním je to velmi podobné jako u zrychlení. Jen tu nehraje roli zrychlení vyvozené motorem, ale zrychlení vyvolané gravitací Země. Vztah je tak prakticky shodný F_st=m.g.sinα, kde g je gravitační zrychlení 9,81 m/s² a α je úhel sklonu kopce. Pokud tedy jedeme do kopce, který má stoupání 10 %, potřebujeme navíc sílu rovnající se 10 % naší tíhy, takže např. jezdec 80 kg+motorka 180 kg mají celkem 260 kg a jejich tíhová síla je 2 600 N. Aby se při rychlostních rekordech vyloučil vliv sklonu (a směr větru) je nutné provést jízdu v opačném směru do 2 hodin od jízdy první.

Je závislý na typu a nahuštění pneumatik i na povrchu po kterém jedeme. Odpor s rychlostí sice roste, ale poměrně málo. Na grafu níže jsme zkoušeli na jedné motorce navozovat různé brzdné odpory ať již změnou přitažení na válcový dynamometr nebo i změnou nahuštění pneumatiky. Vliv vyšel zcela logicky, kdy největší odpor byl při malém tlaku a velkém přitažení motorky na válec. Důvod, proč se to v grafu s otáčkami motoru (rychlostí kola) tak mění je vliv aerodynamické síly působící na loukotě kola. Nízký tlak v pneumatikách na motorce poznáme díky podivnému chování stroje zvláště v zatáčkách. Horší je to v autě, kdy to není tak patrné a zbytečně cpeme peníze za palivo navíc.
Valivý odpor pneumatik se měří na zkušebním válci, kde se kolo přitlačuje silou proti točícímu válci a měří se ztráty.

Nejvíce problematický odpor při jízdě je aerodynamický odpor. Cokoliv se pohybuje v prostředí, které má nějakou hustotu je obtékáním vzduchu (kapaliny) bržděno. Ke vší smůle roste odpor s druhou mocninou tzn. pokud chceme jet dvojnásobnou rychlostí potřebujeme 4násobnou sílu. Když se podíváme na vztah pro výkon tak pro dvojnásobnou rychlost potřebujeme 8násobný výkon, protože ten je závislý na třetí mocnině rychlosti. Obecně tedy platí vztah pro aerodynamický odpor F_aero=0,5*c_x*S*ρ*v². Kde „c_x“ je parametr popisující jak dobře bude vzduch motorku obtékat, „S“ je čelní plocha motorky, „ρ“ hustota vzduchu a „v“ je rychlost. Od počátku, kdy se člověk začal zabývat rychlostními rekordy (konec 19. stol.) se výrazně zlepšovaly znalosti v navrhování tvaru vozidel. Ne, že by se dnes již nedalo nic zlepšit, ale když se podíváme na vývoj rychlostních rekordů tak rozhodně nepadají tak často ani o tak výrazné posuny jako před 50 lety. Současný rekord na motorce (byť to moc jako motorka nevypadá, ale má to dvě kola) drží Rocky Robinson s rychlostí 605 km/h.

Každý výrobce se snaží mít prvenství v nejrychlejší sériově vyráběné motorce a často toto prvenství měla Kawasaki, dále se na špici objevil BlackBird, po něm Haybusa, která má velmi zdařilou kapotáž (myšleno po aerodynamické stránce).
Testování aerodynamiky se provádí ve velkých větrných tunelech, kde je ukotvena motorka a sedí na ní jezdec. Snahou je navodit co nejreálnější podmínky a například i jezdci MotoGP testují svůj posez v tunelu, aby dosahovali co nejvyšší rychlosti. Síly mohou být tak značné, že například i plocha brzdové páčky se ukázala jako dostatečně velká na to, aby motorka ve vysokých rychlostech sama brzdila (viz obrázek s profrézovaným otvorem v páčce).

Yamaha ve svých zveřejněných zprávách uvádí snížení součinitele c_x o 12 % během posledních 4 let u MotoGP strojů. Při vysokých rychlostech se doslova motorka brodí vzduchem, který ji klade takový odpor, že je to při rychlostech 250 km/h žrout kolem 90% výkonu, který vám motor v tu chvílí dává. I takové relativně malé změny jako například zmenšení průměru trubek u závodních motorek z 50 na 42 mm snížilo znatelně odpor vzduchu.

Bohužel ne vždy lze jít cestou nejnižšího aerodynamického odporu bez ohledu na okolní věci. Silně je tím ovlivněno např. náporové sání, které má za úkol přeměňovat kinetickou energii vzduchu na tlakovou a ne jedna značka měla problémy se s tímto úkolem vypořádat tak, aby výkonový nárůst motoru převýšil zvýšenou potřebu po výkonu díky horší aerodynamice. Obdobné problémy přináší i umístění chladiče a protékání vzduchu skrz něj. Např. Ducati na prvních závodech sezóny 2003 málem utavila motor a nezbylo nic jiného než přepracovat kapotáž pro lepší proudění vzduchu skrz chladič a mírné zhoršení aerodynamiky.
Je nutné si uvědomit, že aerodynamický odpor souvisí s rychlostí a hmotnost nemá žádný vliv. Pak je zbytečné, aby si autor článku o ZZR 1400 v jednom časopise kladl otázku, zda ZZR1400 má na to, aby měla lepší maximálku než ZX10R, která má o 60 kg méně a jen o 10 koní menší výkon. Historie i jasně ukázala, že ZX12R s výkonem 180 koní může být poražena na topspeed Haybusou o 5 koní slabší, která přece jen s aerodynamikou je na tom o kapánek lépe. Rozhodně pro všechny motorky platí fyzikální zákony a tak zákazník požadující na ZX12R s rychlostí 300 km/h novou maximálku 350 km/h, vzbudí jen úsměv, protože by z původního výkonu 180 koní potřeboval na tuto rychlost výkon minimálně 285 koní a ten tam změnou výfuku určitě nenajde.
Myšlenky vědců vedly k ne zcela nemožné realizaci vlaků ve vakuových tubusech s podvozkem maglev. Téměř nulový tlak by působil velmi malým odporem při rychlé jízdě a tak by se dalo pohybovat rychlostí 6500km/h (skutečně šest a půl tisíce, není to překlep) což by bylo 7×rychlejší než běžná letadla. Třeba se jednou dočkáme.