最近ロードではパワトレの話が尽きないので、
その辺を僕なりに計算で考えてみました
ワット数は、前の設計の仕事ではモーターの選定でよく計算していたので、どうも感覚にズレがありました
（１）40km/hで巡航しているロードバイクに必要なワット数は？
全負荷＝
空気抵抗＋
タイヤの転がり抵抗＋
駆動伝達損失
が分かれば、
仕事率＝全負荷*速度でワット数が出てきます
空気抵抗＝0.5*大気密度*CdA*速度^2
CdAが一番問題ですが、こちらの海外のＨＰに載ってました
総重量８３ｋｇ、装備とバイクを１０kgとすると体重73kgの
なかなかイイガタイの外人が下ハンドルを持って40.1km/hのときにCdA=0.310だそうです
これを代入してガシャガシャ計算すると空気抵抗は2.76kg/fと出てきます
タイヤの転がり抵抗＝総重量*転がり係数なので、
外人を真似して総重量を83kg、
転がり係数は、例えばミシュランpro3は0.00312だとメーカーが公表してます
これで計算すると転がり抵抗は0.29kg･f
最後に駆動伝達損失ですが、
一般機械用の数字を抵抗の少ないロードバイクに単純には適用出来ない・・・
しかしググルと出力のおよそ４％が駆動抵抗と出ているではないか！あぁ何て小さい！
途中計算は飛ばしてまとめると、
仕事率（Ｗ）＝空気抵抗２８３Ｗ＋タイヤの転がり抵抗３２Ｗ＋駆動伝達損失１２Ｗ
自転車＋装備＝１０ｋｇ
体重７３ｋｇの人が、
速度40km/hで走ると、
必要な出力は
合計３２７ワット！おぉ！案外それっぽい数字？！
ここから分かることは、
空気抵抗８７％
タイヤの転がり抵抗９％
駆動伝達損失４％
ほとんど空気抵抗です
（２）次に体重が８０％軽い人（５８．４ｋｇ）で考えて見ます
こちらの人も平均体重だとすると、身長も減った分、当然CdA値が減ります
身長が２倍になると表面積は４倍、体積（体重）は８倍になるので、
体表面積はルート0.8倍に減
自転車の空気抵抗とライダーの空気抵抗はおよそ７：３と資料にあるので、
体重５８．４ｋｇの人の場合、計算すると空気抵抗は２６１Ｗ
転がり抵抗も軽くなった分、２６Ｗに減ります
合計すると、
仕事率（Ｗ）＝空気抵抗２６１Ｗ＋タイヤの転がり抵抗２６Ｗ＋駆動伝達損失１２Ｗ
自転車＋装備＝１０ｋｇ
体重５８．４ｋｇの人が、
速度40km/hで走ると、
必要な出力は合計２９９ワット
ここから分かることは、
体重７３ｋｇの人は
体重比４．５倍
体重５８．４ｋｇの人は
体重比５．１倍
平地で巡航する場合、同じ速度を出すのであればガタイがイイ人の方が有利です
（３）ヒルクライムの場合を考えて見ます
せっかく先日Ｋさんが蔵田のデータを公開してくれたので、
その数字を勝手に使わせてもらいます（すいません＆ありがとうです！）
距離３５４０ｍで２３５ｍ上昇するので、１００ｍで６．６ｍ上昇、平均斜度６．６％です
ずーっと速度は一定とすると、
全負荷＝空気抵抗＋タイヤの転がり抵抗＋駆動伝達損失
＋位置エネルギー
（１）から位置エネルギーが増えます
８３ｋｇを２３５ｍ上昇するための仕事は
１９１１４９Ｊ、
ゴールまで
７８６ｓかかっているので、位置エネルギーは
２４０Ｗ
総重量８３ｋｇとして、
Ｋさんの
平均速度１６．１ｋｍ/ｈの場合、ガシャガシャ計算すると、
仕事率（Ｗ）＝空気抵抗４５Ｗ＋タイヤの転がり抵抗２６Ｗ＋駆動伝達損失１２Ｗ
＋位置エネルギー２４０Ｗ
必要な出力は
合計３２９ワット
ここから分かることは、
空気抵抗１４％
タイヤの転がり抵抗９％
駆動伝達損失４％
位置エネルギー７３％
空気抵抗の占める割合は一気に減り、ほとんど登るために仕事してます
（４）自転車を軽量化すると、どのくらい効果があるか？
頑張って
０．５ｋｇ軽くした場合、
40km/h平地巡航の場合、（１）より、必要な出力は３２６．８ワット
（０．２ワット減）
蔵田ヒルクライムの場合、（４）より、必要な出力は３２７．４ワット
（１．６ワット減）
平地巡航は軽量化してもほとんど効果ないですけど、
ヒルクライムはそれなりに効いてきます
（この場合は効果が８倍も違う！）
（５）ホイールを軽量化すると、どのくらい効果があるか？
平地を巡航するのであれば、計算上、
体重を０．５ｋｇ軽くするのと、
ホイールを０．５ｋｇ軽くするのは、
同じ効果です
ホイールの軽量化に効くのは
加速減速
自転車部品の中でホイール＋タイヤは
慣性モーメントを大きく持つ要素です
速度ゼロから、３０ｋｍ/ｈまで加速するのに、５秒かかったとします
３０ｋｍ/ｈのときホイールは２４０ｒｐｍ
ここでなんと、
こちらのサイトにホイール単体の加速に必要なエネルギーが実測値として出てます
例えば、
ハイペロン（１２５５ｇ）は９７Ｊ→１９．４Ｗ
レーシング７（１８７３ｇ）は１３４J→２７Ｗ
ここで２４０ｒｐｍまで回転させるエネルギーだけではなく、
30km/hまで加速させるのでそのエネルギーも考慮するとそれぞれ、
ハイペロン（１２５５ｇ）は２８Ｗ
レーシング７（１８７３ｇ）は３９．９Ｗ
ホイールの重量は６１８ｇ軽くなり、必要な仕事率は
１１．９Ｗ減
ホイール以外の重量を６１８ｇ軽量化した場合（例えばフレームとか）は仕事率
４．３Ｗ減なので、
この場合のホイールの軽量化は、ホイール以外の軽量化に比べて、
２．８倍の効果が出ます
ちなみに総重量８３ｋｇがこの加速をするための全仕事は、
ざっくり計算して
６５０Ｗくらい必要です
しかしこういう計算をしていくと、
各メーカーのエアロフレームは40km/hで２０W削減だとか、
色々とすごい数字が並んでますけど、
それが１０W減だとしても、凄い性能アップだと感じます
そしてそれがトライアスロンのような平地巡航であれば、
例えフレームが０．５ｋｇ重くなったとしても、
空気抵抗をちょっとでも削減した方が結果として速くなるのでしょう
最後に。。。実はスポークの空気抵抗増加分は計算に入っていません
スポークは一周回る毎に速度ゼロ、速度の２倍、を繰り返して空気抵抗になってます
難しすぎて計算できないし、実際抵抗はかなり小さいと思うので省略しました
