Smaller wheels faster or not explained (English)

Post hier uw algemene performance vragen.

Smaller wheels faster or not explained (English)

Berichtdoor Sinister » vr 07 mei 2010, 19:44

Overal vind je wel discussies over dat kleinere wielen sneller zijn dan grotere.
Zelf heb ik met een integra gereden die 17 inch wielen had, iedereen beweerde me toen dat 15 inch sneller was. Zelf heb ik er me nooit iets over aangetrokken maar je hoort het altijd wel terugkomen, tijd om het eens duidelijk uit te leggen dus.

Wel de volgende uitleg legt uit dat het niet zo simpel is als de meesten denken.


From a pure physics point of view, is one better than the other? First of all, it's important to understand that the front wheel size is one of the gear ratios in the drivetrain. A smaller rear wheel is compensated for by bigger gearing in the rest of the drivetrain, but for the same overall gear ratio, you'll get the same ratio of force between the pedal and the road regardless of wheelsize.

But perhaps there are deeper issues in simple physics? Some wonder if smaller wheels have less inertia and therefore give greater acceleration, while others believe that the smaller wheel has to spin faster, so it is a wash. But when you do the math, smaller wheels win.

The kinetic energy in the wheel is a measure of how much energy you've spent just getting the wheel to spin rather than investing that energy into the road. Here's the equation for the kinetic energy of a rotating object:

r is radius
m is mass
I is rotational inertia
E is energy
w is angular velocity
P is the constant Pi

E = 1/2 I w2

rotational inertia is obtained by this equation (for hollow cylinders):

I = 1/2 m r2

but w is radians per second, which is rotations per second (rps) times radians per rotation, which is 2 P

w = 2 P rps

rotations per second (rps) is velocity/circumference
circumference is 2 P r
so rps = v/(2 P r) therefore:

w = 2 P (v/(2 P r)) = v/r

This gives us an energy equation of:
E = 1/2 I (v2/r2)

Now we work on the I term, which as stated above is based on mass and radius.
But of course mass depends on radius. The mass of a cylinder is:
m = density 2 P r
Let's let the constant C be "density 2 P":
m = C r
So:

I = C r r2 = C r3

and then

E = 1/2 C r3 (v2/r2)

collapse the 1/2 into the constant, and combine terms, and we get:

E = C r v2

Conclusion

This means that for any given forward speed of the bicycle (v), the energy required just to get the wheel up to speed is greater for larger radius wheels. And this relationship is linear, e.g. a wheel that is 50% larger (in radius) will require 50% more energy to reach the same speed (note that this is only wheel rotation energy, not the much larger amount of energy needed to accelerate the bike and rider).
So this issue is finally settled, right? Unfortunately not. It takes this much energy to get the wheel up to speed, but once it's there, you only need to add more energy to make up for what has been lost to friction, and here the larger wheel wins.

Larger wheels have less rolling resistance, for several reasons. First, they won't drop (as much) into a smaller hole as a smaller wheel would. Second, They have greater leverage for lifting the wheel over bumps. Third, there is less deformation of the tire at the contact patch on the ground. Fourth, smaller wheels require faster chain speeds, which will have higher frictional losses. Fifth, for similar reasons they will have higher hub friction.

It's also possible that they have more wind resistance due to the higher spinning speeds, although it's more likely that the lower profile is more significant and that they have less wind resistance. Certainly for fully-faired recumbents, smaller wheels allow for a lower body profile.

But losses due to mechanical friction within the drivetrain on top quality bikes are actually very low. Rolling resistance on the road however can be more significant. So how much difference does the lower inertia of smaller wheels really make?

A 200 pound (90.9 kg) bike/rider combination moving at 20 mph (8.94 m/s) has a kinetic energy of 3632 joules. Additionally you have rims/tires/tape/spokes that weigh around 800 grams, which at this speed (and 27inch wheels) will need about 15 joules per wheel (note that the cogs and freewheel add very little to the rotational inertia because though they are heavy, they have radiuses much smaller than the rim). So about 1 percent of the energy you expend while accelerating to 20 mph goes into the rotation of the wheels. A 13.5 inch wheel would give you roughly a half of a percent improvement in accelaration (actually even less, as these calculations ignore the energy you lost during acceleration to wind resistance and rolling resistance).

I don't have good numbers right now on rolling resistance differences between different wheel sizes that are similarly inflated (email if you have good data), but my gut reaction is that you lose more in rolling resistance than you gain in accelaration.

With such small differences, smaller wheels might make sense for the very short standing sprints on tracks. But in most applications the superior comfort and rolling resistance of larger wheels wins. Even here though, the advantage is probably not huge. If your application is well-suited to smaller wheels (e.g. a recumbent or a folding bicycle) you don't need to worry about the difference.

Dus met ander woorden, het verschil is bijna nihil met zelfs het kleine voordeel voor grotere wielen.
Matig uw kinderen, denk aan onze snelheid!
Sinister
HCB Veteraan
 
Berichten: 1057
Geregistreerd: vr 26 maart 2010, 08:40
Advertenties:



  • Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor Panda coupe » ma 10 mei 2010, 19:42

    De uitleg gaat volgens mij over fietsen of motorfietsen, waar je bij een grotere velgmaat niet zo heel veel gewichtsverschil krijgt, bij een auto worden vier wielen zwaarder, of het verschil van voor of achterwiel aandrijving invloed hierop heeft weet ik niet . Als je een sprintje doet ben je beter af met kleinere wielen, voor een race op bijvoorbeeld de autosnelweg kan je overwegen om grotere wielen te nemen omdat je topsnelheid ook hoger zal liggen, klopt ook met je tekst. Maar bij een wagen voor gewoon dagelijks gebruik ben je met bijna niets anders bezig dan accelereren ( van stoplicht tot stoplicht of tot het volgende kruispunt, .... ), tenzij je bijna constant op de autsnelweg bent ben je dus toch beter af met kleinere wielen. Ik merk het aan verschil in tijd en verbuik bij m'n eigen wagen nu ik op 17" naar het werk ga in plaats van op 15"
    Panda coupe
    Camino user
     
    Berichten: 39
    Geregistreerd: wo 24 maart 2010, 21:56
    my honda: EJ2
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor Sinister » di 11 mei 2010, 09:13

    Waarom zou een grotere maat in een wiel van een fiets geen verschil geven? Het gewichtsverschil is in verhouding even groot omdat de fiets veel minder weegt dan een wagen. Dus die vergelijking gaat zeker wel op denk ik. Persoonlijk heb ik nooit verschil gemerkt. Trouwens als smallere wielen toch altijd persé beter zijn, waarom steekt iedereen dan niet gewoon de lichtste 14 of 13 inch wielen die ge kunt krijgen ;)
    Matig uw kinderen, denk aan onze snelheid!
    Sinister
    HCB Veteraan
     
    Berichten: 1057
    Geregistreerd: vr 26 maart 2010, 08:40
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor maze » di 11 mei 2010, 09:26

    omda nen bredere band een groter oppervlak geeft, dus ook meer grip.
    volgens mij is het een noodzaak om gewoon een balans te vinden tussen rolweerstand, gewicht en grip

    zo ziet ge vaak bij FWD dragwagens da ze vooraan brede banden steken en achteraan zeer smalle, puur voor ne lagere rolweerstand

    tevens heeft een licht wiel ook effect op uw vering, uw onafgeveert gewicht zo laag mogelijk maken heeft nen positieve invloed op uw wegligging.

    het is gewoon altijd wikken en wegen volgens mij.
    Sorry for the stupidity. It started before I was born.
    Avatar gebruiker
    maze
    D17 Poster
     
    Berichten: 298
    Geregistreerd: wo 24 maart 2010, 12:32
    my honda: Civic EP2
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor Jdm_Whore » di 11 mei 2010, 10:35

    Uit eigen ondervinding kan ik zeggen dat ik met mijn ek4 velgen, die overigens iets zwaarder zijn, toch een stuk vlotter reed dan met mijn 5zigens.

    Ek4 velgen: 15’ et45 6j (195/50/15 banden)
    5Zigen: 16’ et45 7j (195/45/16 banden)

    Het gaat natuurlijk wel over een d14, die zullen hier vast en zeker wel meer last van hebben dan snellere blokjes met meer cilinderinhoud.
    Driving takes three abilities: Accelerating, braking, and turning. More power only helps acceleration. Lower weight helps all three.
    Avatar gebruiker
    Jdm_Whore
    HCB Veteraan
     
    Berichten: 1863
    Geregistreerd: do 01 apr 2010, 21:01
    my honda: CL7 & EK4
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor Jebus » di 11 mei 2010, 17:20

    ik merkte vroeger op mijnen dailey dat met 18" inplaats van 16 et verbruik serieus steeg en hij toch trager optrok
    Afbeelding

    Rise And Rise Again, Untill Lambs Become Lions
    Avatar gebruiker
    Jebus
    HCB Veteraan
     
    Berichten: 1126
    Geregistreerd: vr 26 maart 2010, 21:59
    Woonplaats: Wetteren
    my honda: EP3
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor vti-specr » za 15 mei 2010, 12:21

    Mijn Spoon wheels die 6,5 breed zijn maar slechts 3,88 kg wegen zijn overduidelijk sneller in acceleratie en remmen een stuk beter dan mijn 5,5 brede standaard eg6 wielen die 3,3 kg per wiel zwaarder zijn. (verschil tussen de 2 wielen incl. band die erop zit)
    Plus je wegcontact verbeterd en je ophanging ziet minder af met lichte wielen.
    Gewicht is wat het grote verschil maakt, maar dat hangt meestal samen met de grootte van je wiel.

    Je mag het zelf komen testen Sinister ;)
    Laatst bijgewerkt door vti-specr op za 15 mei 2010, 12:32, in totaal 1 keer bewerkt.
    Avatar gebruiker
    vti-specr
    D14 Poster
     
    Berichten: 78
    Geregistreerd: wo 21 apr 2010, 19:26
    my honda: EG6 & EK4
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor Sinister » za 15 mei 2010, 12:23

    Ja maar als gij optrekt dan gaat ge opt einde van uw vitesse minder hard rijden als met grotere wielen, maw moet ge rapper schakelen voor dezelfde snelheid te halen. Dus daar verliest ge ook tijd mee :)
    Matig uw kinderen, denk aan onze snelheid!
    Sinister
    HCB Veteraan
     
    Berichten: 1057
    Geregistreerd: vr 26 maart 2010, 08:40
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor HondaNickx » za 15 mei 2010, 12:32

    Dus met andere woorden een kortere versnellingsbak daar verliest ge tijd mee want ge moet rapper schakelen :?
    Hij moet rapper schakelen maar hij gaat ook rapper door zen toeren en trekt dus sneller op als met groter wielen of een langer versnellingsbak.Met grote wielen maakt ge meer snelheid maar duurt het langer eer ge door uw toeren zijt dus sneller zijde dan nie.
    HondaNickx
    H23 Poster
     
    Berichten: 783
    Geregistreerd: do 25 maart 2010, 01:58
    my honda: Civic EJ9
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor vti-specr » za 15 mei 2010, 12:33

    Ik nodig u uit om het zelf te komen ondervinden.
    Avatar gebruiker
    vti-specr
    D14 Poster
     
    Berichten: 78
    Geregistreerd: wo 21 apr 2010, 19:26
    my honda: EG6 & EK4
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor Sinister » za 15 mei 2010, 12:36

    Ja inderdaad da eerste wa ge zegt ja, voorwat zou anders honda niet overal kortere versnellingen insteken ;) Het gaat em over wie het snelst zo hoog mogelijke snelheid haalt he, want da bepaalt hoe snel ge uw 400 meter rijdt. En vermits ge rapper moet schakelen gade minder rap aan uw snelheid zitten. Trouwens ik heb het ondervonden op brustem iedereen reed met 15'ers en ik met 17'ers.
    Matig uw kinderen, denk aan onze snelheid!
    Sinister
    HCB Veteraan
     
    Berichten: 1057
    Geregistreerd: vr 26 maart 2010, 08:40
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor vti-specr » za 15 mei 2010, 12:45

    Een 16 inch met 205/45/16 band en een 15 inch met 195/55/15 hebben praktisch dezelfde diameter band.
    In dat geval maakt de diameter van je wiel niets uit.

    Welke maat hebt ge van band sinister??
    Avatar gebruiker
    vti-specr
    D14 Poster
     
    Berichten: 78
    Geregistreerd: wo 21 apr 2010, 19:26
    my honda: EG6 & EK4
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor Sinister » za 15 mei 2010, 12:47

    vti-specr schreef:Ik nodig u uit om het zelf te komen ondervinden.
    Waar dan en hoe? Het is duidelijk dat het verschil allemaal miniem is want anders zouden fabrikanten zelf zo klein mogelijke wielen en kortere versnellingsbakken steken.
    Matig uw kinderen, denk aan onze snelheid!
    Sinister
    HCB Veteraan
     
    Berichten: 1057
    Geregistreerd: vr 26 maart 2010, 08:40
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor vti-specr » za 15 mei 2010, 12:48

    Bij mij thuis op straat.

    Je merkt het onmiddellijk.

    Welke maat van banden heb je steken op je 17 inch wheels?
    Avatar gebruiker
    vti-specr
    D14 Poster
     
    Berichten: 78
    Geregistreerd: wo 21 apr 2010, 19:26
    my honda: EG6 & EK4
    Advertenties:

    Re: Smaller wheels faster or not explained (English)

    Berichtdoor Sinister » za 15 mei 2010, 12:51

    Dat was toen 205 45 R17 dacht ik. Nu heb ik hetzelfde denk ik op mijn civic, uiteindelijk gaat uw wiel evengroot zijn want een kleinere velg heeft een grotere band dan een grotere velg. Ge moet ook zien dat uw wiel altijd dezelfde diameter blijft hebben, waarom denkt ge da ge voor de keuring niet eender welke band er mag opleggen :). Anders gaat uw snelheidsaanduiding niet meer kloppen, en zo kunde wel is denken da ge sneller optrekt ja.
    Matig uw kinderen, denk aan onze snelheid!
    Sinister
    HCB Veteraan
     
    Berichten: 1057
    Geregistreerd: vr 26 maart 2010, 08:40
    Advertenties:

    Volgende

    Keer terug naar Algemeen

    Wie is er online

    Gebruikers op dit forum: Geen geregistreerde gebruikers. en 2 gasten