Wie absorbiert ein Fahrrad die gesamte Energie bei der Landung von einem großen Tropfen?

Es gibt unzählige Videos, die BMX / Freeride / Downhill usw. zeigen, wie Fahrer aus der Höhe springen und fallen. Für den unprofessionellen Zuschauer scheinen sie unmöglich zu überleben. Aus physikalischer Sicht erreicht das Fahrrad den Boden mit einer bestimmten kinetischen Energie, die von der Höhe des Abfalls und von der kombinierten Masse des Fahrers und des Fahrrads abhängt. Wo wird all diese Energie abgeführt? Ich gehe davon aus, dass der größte Teil dieser Energie vom Fahrrad absorbiert wird und ein Teil vom Fahrer. Wie verteilt sich diese Energie auf verschiedene Komponenten des Fahrrads?

Physik!
Bei großen Sprüngen geht es darum, die Trägheit zu zerstreuen, die die lästige alte Schwerkraft auf Ihrer Reise zurück zur Erde erzeugt hat. Je besser Sie diese Trägheit zerstreuen, desto besser ist die Chance, dass Sie sich nicht umbringen.
Hier spielen mehrere Faktoren eine Rolle:

• Der Übergang der Landung.
  Die Landung ist fast immer nach unten geneigt. Kombinieren Sie Vorwärtsdynamik mit einem Gefälle und Sie haben eine deutlich weichere Landung als auf ebenem Boden. Dies ist einer der Hauptgründe, warum Fahrer verletzt werden, wenn sie einen Landeübergang überschreiten.
• Suspension.
  Ein bisschen Federung reicht weit und viel Federung geht noch weiter. Das Ausmaß der Aufpralldämpfung, das selbst ein Zoll nachgibt, ist enorm. Denken Sie darüber nach, wie es sich anfühlt, rückwärts auf eine Matratze zu fallen oder rückwärts in hohes Gras oder Schnee zu fallen, wobei die Entfernung gleich ist. Das Nachgeben der weichen Oberflächen verringert Ihre Geschwindigkeit und verringert Ihre Trägheit, was Sie davon abhält, Ihren Kopf wie auf Beton aufzubrechen. Big-Hit-Bikes können einen Federweg von 8 oder 10 Zoll (oder mehr) haben. Das ist eine Menge Reise, um einen Aufprall zu zerstreuen. Sogar die Reifen sorgen für ein wenig Quetschen, was besonders für BMX-Fahrer wichtig ist (und es ist auch der Grund, warum starre Mountainbike-Fahrer dazu neigen, Reifen mit größerem Volumen zu fahren).
• Richtige Landung (wie Sie Ihr Fahrrad und die Federung des Fahrrads nutzen)
  Beachten Sie, wie die meisten Fahrer zuerst das Hinterrad nach unten landen, insbesondere bei flacheren Landungen, die in Prüfungen und im Straßen-BMX üblich sind. Dies reduziert den Aufprall weiter, da der Fahrer in gewisser Weise die Nachgiebigkeit der Vorder- und Rückseite des Fahrrads nacheinander nutzen kann. Dies gilt sowohl für starre als auch für hängende Fahrräder. Wenn Sie zuerst auf dem Hinterrad landen, können Sie das Fahrrad als eine Art Hebel verwenden, der einen Teil des Aufpralls absorbiert und die Geschwindigkeit Ihres Körpers verringert, bevor das Vorderrad landet. Dies wird erreicht, wenn Ihr Gewicht durch Abstützen gegen Pedale und Lenker richtig ausgeglichen ist. Bei einem Fahrrad mit Federung ist der Effekt sogar noch größer. Wenn das Hinterrad trifft, nimmt der hintere Stoßdämpfer auf, was er kann, dann kommt das Vorderrad herunter und die Gabel nimmt noch mehr auf. Vergleichen Sie dies mit einer völlig flachen Landung (beide Räder gleichzeitig), bei der das Fahrrad nur ungefähr so ​​viel Federung bietet wie der durchschnittliche Federweg der Kombination der vorderen und hinteren Stoßdämpfer oder bei einem starren Fahrrad nur so viel wie die Reifen würde geben (autsch!). Das Hinterlanden des Hinterrads bedeutet nicht, dass Sie doppelt so viel Federweg haben, aber es gibt dem Fahrrad sicherlich mehr Zeit, um die Kraft der Landung abzuleiten.
• Knie und Ellbogen (noch mehr Federung)
  Wirklich, dies schließt die meisten Ihrer Gelenke ein - jeden Teil des Körpers, der sich beugen und bewegen kann, um den Aufprall aufzunehmen. Sie sehen keine Fahrer, die große Sprünge machen und sitzend landen. Das liegt daran, dass sie mit Armen und Beinen so viel Aufprall wie möglich aufnehmen, den das Fahrrad nicht kann.

Wenn Sie all diese Elemente in Harmonie kombinieren, haben Sie eine wirklich beträchtliche Menge an Bewegung, und obwohl es nur einen Bruchteil einer Sekunde dauert, um einen großen Sprung zu landen, ist es genug Zeit, um die Masse eines Fahrers zu verlangsamen und zu verhindern, dass sie werden ein Fettfleck am Boden von The Tooney Drop .

Sie haben KINETISCHE ENERGIE erwähnt, die offensichtlich irgendwohin gehen muss. Manchmal hat man Empfang und das Fahrrad kommt mit Geschwindigkeit, aber manchmal, wie beim Fahrradversuch, landet das Fahrrad "flach" auf normalem Beton. Manchmal landen auch Freerider mit hoher Geschwindigkeit auf flachem Beton, und zumindest die vertikale Komponente der kinetischen Energie des Tropfens verschwindet.

Ich würde sagen, es gibt nur drei Orte, an die diese Energie gelangen kann:

1. Das meiste davon wird durch die vom Fahrer erzeugten Verzögerungskräfte neutralisiert. Je technischer und stilvoller, desto mehr Energie kann absorbiert werden. Normalerweise bedeutet dies, dass die Streckmuskeln eine exzentrische Kontraktion ausführen (beim Dehnen eine Kraft ausüben, um die Gelenkbewegung zu verlangsamen / entgegenzuwirken). Dies impliziert einen Energieverbrauch der Muskelzellen, die aus Lebensmittelkalorien stammen. Wenn der Abfall hoch ist, landen die meisten Testfahrer lieber zuerst hinten, damit sie mehr Zeit haben, um die gleiche Kraft auszuüben, und mehr Muskelgruppen, um während jedes Teils der Landung zu wirken (dies ist sehr schnell und hat gut damit zu tun geprobte Fähigkeiten).
2. In einem Fahrrad mit Federung kann eine Menge kinetischer Energie in den Dämpfern aufgrund des schnellen viskosen Ölflusses "verschwinden", was die Öltemperatur erhöht. Moderne Freilaufaufhängungen mit großem Federweg haben viel Öl im Inneren und arbeiten mit niedrigeren Durchflussgeschwindigkeiten (größere Bohrungen, größere Ventilbohrungen), damit das Öl nicht zu hohe Temperaturen erreicht.
3. Schließlich kann die Verformung der Reifen / Gelände-Grenzfläche viel Energie absorbieren und die Spitzenverzögerung (Aufprall) einer Landung verringern. Gute Landebeispiele wären weicher Strandsand, Gras und einige Arten von Schlamm.

Es ist wichtig zu erwähnen, dass starre Elemente des Fahrrads (Rahmen, Räder) nicht die kinetische Energie aufnehmen, sondern nur Kräfte an einen anderen Ort übertragen. Um das zu ergänzen, was @ jm2 gesagt hat, übertragen die Gelenke nur die Kräfte und nehmen (glücklicherweise) keine nennenswerte Energiemenge auf: Die kinetische Energie der Landung wird durch die durch das Gelenk wirkende Muskelkontraktion beeinflusst.

Wie bereits von jm2 angegeben ... gibt es viele Gründe, warum Fahrer größere Tropfen nehmen können. Wie auch immer Ihre Frage war, wie ist es verteilt ...

Schauen Sie sich die Schwinge als Beispiel an ... Ein vertikaler Aufprall des Fahrrads bewirkt, dass sich die hintere untere Stütze vom Drehpunkt an der Kurbel nach oben bewegt. Diese Bewegung (Kraft) wird auf die obere hintere Stütze umgeleitet und auf den Stoßdämpfer übertragen, der den größten Teil der Kraft aufnimmt, bevor der letzte Betrag schließlich in einem senkrechten Winkel zum Fahrer nicht durch den Fahrer nach oben auf das Sitzrohr übertragen wird.

Deshalb wird die volle Kraft nicht direkt auf die Beine des Fahrers ausgeübt.

Die Geometrie teilt den Löwenanteil auf 10-Zoll-Stöße auf, die es dem Fahrer ermöglichen, 20 Fuß zu fallen, ohne zuerst das Fahrrad zu zerstören, und dann viel weniger Energie zu haben, um seine Beine und Arme einzusaugen.