Owalne Tarcze Rowerowe: Kolejny Mit czy Przepis na Sukces?

Owalne tarcze rowerowe mają za zadanie zwiększyć efektywność naszego pedałowania poprzez eliminację martwych punktów w trakcie jednego obrotu korbą, w których produkcja mocy jest minimalna. Owalny kształt zębatek rowerowych pozwala na zwiększenie przełożenia podczas pedałowania z największą siłą (poprzez zwiększenie ilości dostępnych zębów na tarczy) oraz jego zmniejszenia kiedy siła oddziaływania na pedały jest minimalna.

Owalne tarcze rowerowe zostały spopularyzowane dzięki sukcesom dwóch wybitnych brytyjskich kolarzy: Chrstopher’a Froom’a i Bradley’a Wiggins’a. Obaj panowie sięgnęli w swojej karierze po triumf w największym wyścigu kolarskim świata – Tour de France.

Czy owalne zębatki były przyczyną ich sukcesów? Zapewne nie ale z pewnością mogły mieć swój niewielki wkład w drodze do zwycięstwa. Nawet niewielkie różnice sprzętowe mogą przyczynić się do sukcesu w zawodowym sporcie czego wyrazem była ideologia “marginal gains” zapoczątkowana przez właściciela drużyny Sky Dave’a Brailsford’a.

Pomimo ostatniego zainteresowania tego typu sprzętem pewnie niewielu z Was zdaje sobie sprawę jak stary jest już ten wynalazek. Najpopularniejsze rozwiązanie, czyli tarcze Osymetric (używane zresztą przez dwóch wyżej wspomnianych kolarzy) powstały w 1993 roku (Malfait, 2006).

Teoria owalnych tarczy

Teorią stojącą za skutecznością owalnych zębatek rowerowych jest eliminacja tzw. “dead spot”, czyli martwych punktów w trakcie cyklu pedałowania. Są to momenty kiedy wkładana przez nas siła w pedały jest minimalna.

Odpowiedni kształt owalnych zębatek jest w stanie zapewnić nam niejako większe przełożenie (tak jak byśmy dysponowali większą tarczą np. 54) w punkcie generowania największej siły, a zmniejszenie w punktach gdzie siła oddziaływania na pedały jest minimalna (jakbyśmy dysponowali nieco mniejszą zębatką np. 50).

Kolejnym aspektem, w którym owalne tarcze mogą okazać się skuteczniejsze od tradycyjnego rozwiązania jest fakt, że podczas pedałowania ze zwykłymi okrągłymi tarczami wkładana przez nas siła rozkładana jest nierównomiernie.

Odpowiedni kształt zębatki może pozwolić na bardziej płynne rozłożenie siły w trakcie całego cyklu pedałowania, co jednocześnie przekłada się na bardziej płynne wykonywanie pracy (Rodríguez-Marroyo, 2009).

Teoria teorią ale czy zapewnienia producentów komponentów rowerowych przełożą się również na realne zyski podczas rzeczywistej rywalizacji?

Owalne zębatki nie poprawiły wydolności tlenowej, a jedynie beztlenową wśród zawodowych kolarzy

W pracy “The rotor pedaling system improves anaerobic but not aerobic cycling performance in professional cyclists.” (2009) J. Rodríguez-Marroyo i innych zbadano różnicę pomiędzy owalnymi tarczami (Rotor), a standardowymi podczas aerobowego i anaerobowego wysiłku wśród zawodowych kolarzy.

15 zawodowych kolarzy zostało poddanych próbom wysiłkowym zarówno do wyczerpania, jak i submaksymalnym. Zawodnicy wykonali również maksymalne testy sprinterskie składające się z 30 s maksymalnych przyśpieszeń (Wingate test).

Wynik:

• nie zaobserwowano statystycznie istotnej różnicy podczas tlenowej części eksperymenty, czyli testów submaksymalnego oraz do wyczerpania;
• owalne zębatki były w stanie zapewnić poprawę wyników podczas beztlenowego sprinterskiego testu o około 4 – 9%.

Wniosek:

Owalne tarcze okazały się skutecznie jedynie w przypadku maksymalnych sprintów. NIe przyczyniły się do poprawy wyników dłuższych tlenowych form wysiłku lecz drobne zyski czasowe uzyskane podczas wysoce intensywnych części wyścigu kolarskiego wciąż mogłyby przyczynić się do uzyskania lepszego rezultatu.

Owalne tarcze w niewielkim stopniu poprawiły rezultaty kolarzy

Podobne rezultaty uzyskano w pracy “Physiological responses during cycling with oval chainrings (Q-Ring) and circular chainrings.” (2014)  A. Cordovy i innych. Zbadano w niej wpływ owalnego systemu (również Rotor) na wyniki testu do wyczerpania, jak i maksymalnych sprintów.

14 kolarzy zostało poddanym dwóm oddzielonym w czasie próbom wysiłkowym: jednej wykonanej ze zwykłymi tarczami, a drugiej z owalnymi. Test wysiłkowy składał się ze standardowej próby do wyczerpania oraz następujących po niej 20 s maksymalnych sprintach.

Wynik:

• przy użyciu owalnych zębatek kolarze uzyskali nieco lepsze wyniki w trakcie wykonywania testu do wyczerpania (371 ± 30 vs. 355 ± 29 W), jednak należy mieć na uwadze, że różnica nie była istotna statystycznie;
• podczas wykonywania maksymalnych sprintów zastosowanie niekonwencjonalnych zębatek przełożyło się na uzyskanie lepszych wyników (2.5 – 6.5%).

Wniosek:

Podobnie jak w poprzednim badaniu udowodniono, że owalne zębatki przekładają się na zwiększoną moc podczas maksymalnego wysiłku beztlenowego. W przypadku bardziej tlenowych form aktywności okazały się one wciąż nieco lepsze od zwykłych zębatek ale różnica nie była istotna statystycznie. Mimo to autorzy stwierdzili, że nawet niewielka poprawa generowanej mocy może przełożyć się na znaczącą poprawę wyników.

Dlaczego efekty stosowania owalnych zębatek nie były spektakularne?

Mimo, że poprzednie badania nie wykazały znaczącej różnicy pomiędzy zwykłymi zębatkami, a niekonwencjonalnym rozwiązaniem (oprócz sprintów), to niekoniecznie takie rozwiązanie może okazać się mało skuteczne.

W pracy “Non-circular chainring improves aerobic cycling performance in noncyclists.” zbadano wpływ zastosowania różnego rodzaju zębatek na wyniki osiągane przez aktywnych mężczyzn.

Większość badań dotyczących sportów wytrzymałościowych powinno być przeprowadzanych na zawodnikach rzeczywiście uprawiających daną dyscyplinę sportową. Dlaczego badacze zdecydowali się na użycie osób nie uprawiających kolarstwa?

Kolarze poprzez lata swojego treningu mogą być tak przyzwyczajeni do zwykłych okrągłych zębatek, że zastosowanie owalnych może być z tego prostego powodu u nich mało skuteczne. Nie oznacza to wcale, że takie rozwiązanie nie jest w stanie zaoferować nam znaczących korzyści.

10 aktywnych mężczyzn (ale nie kolarzy) wykonało dwie próby wysiłkowe do wyczerpania: jedną ze zwykłymi zębatkami (Shimano), a drugą z systemem Osymetric. Podczas trwania testu zwiększano moc o 30 W co każde 3 min aż do wyczerpania uczestników.

Wynik: 

• przy zastosowaniu systemu Osymetric maksymalna moc podczas testu do wyczerpania była o średnio 23,8 W (362.6 ± 37.9 W), w stosunku do zwykłych zębatek (338.8 ± 32.6 W);
• stojącym mechanizmem za powyższymi wynikami jest prawdopodobnie oszczędzanie niewielkiej ilości energii w pierwszej mało intensywnej fazie próby wysiłkowej, co pozwoliło na uzyskanie znacznie wyższej generowanej mocy.

Wniosek:

Owalne zębatki przyczyniły się do znacznego poprawienia wyników testu do wyczerpania wśród aktywnych mężczyzn. Powyższe badanie jest dowodem na skuteczność takiego rozwiązania w praktyce jednak tylko wśród “nie kolarzy”. Możemy przypuszczać, że przy odpowiednio długim okresie adaptacyjnym doświadczeni zawodnicy również mogą skorzystać z zalet tego rozwiązania.

Wpływ owalnych zębatek po okresie adaptacji

Widzimy, że niekonwencjonalne rozwiązanie okazało się niezwykle skuteczne w przypadku osób nie uprawiających kolarstwa. Mimo, że nie udało przełożyć się tych samych wyników na doświadczonych kolarzy odpowiednio długi okres adaptacji do nowego rozwiązania mógłby okazać się niezwykle skuteczny.

W pracy “Cycling performance improvement with oval chainrings after 1 year of adaptation.”

B. Fondy zbadano skuteczność owalnych zębatek (Absolute Black) w stosunku do zwykłych okrągłych tarcz po 1 rocznym okresie adaptacyjnym.

7 kolarzy używających owalnego systemu przez przynajmniej 1 rok wykonali dwie próby wysiłkowe: jedną z owalnymi tarczami, drugą ze standardowymi. Zawodnicy po 10 min rozgrzewce wykonali dwa 5 min interwały na 75% ich mocy maksymalnej uzyskanej w teście do wyczerpania.

Wynik:

• indeks efektywności pedałowania był znacząco wyższy w przypadku owalnych zębatek;
• średnia siła wkładana w pedały była niższa w przypadku owalnego rozwiązania;
• W przypadku owalnych tarcz zaobserwowano również wzrost w zakresie ekonomii pracy.

Wniosek:

Odpowiednio długi okres adaptacyjny w przypadku używania owanych zębatek może znacząco poprawić uzyskiwane z nich potencjalne efekty. Można powiedzieć, że zanim zaczniemy czerpać realne korzyści z tego typu zębatek musimy się do nich najpierw przyzwyczaić.

Który system jest najlepszy?

Mimo, że wszystkie dostępne na rynku modele owalnych zębatek czerpią z tych samych założeń teoretycznych to jak się okazuje nie są one porównywalnie skuteczne. Odpowiedni projekt techniczny produktu jak i kąt pod jakim są zamontowane (w stosunku do pionowego ramienia korby) mogą bezpośrednio przekładać się na skuteczność danego rozwiązania.

W pracy “Why do appropriate noncircular chainrings yield more crank power compared to conventional circular systems during isokinetic pedalling.” L. Malfait’a i innych stworzono model matematyczny, który pozwolił na obliczenie zysków w generowanej mocy mechanicznej (w postaci watów) różnych modeli owalnych zębatek.

Wyniki obliczeń znajdują się w poniższej tabeli i dotyczą teoretycznych zysków w postaci watów na jedną nogę:

Najlepszym systemem okazał się LM-Super 114°, jednak nie jest on dostępny komercyjnie a był on wcześniej zaprojektowanym prototypem optymalnej owalnej tarczy przez autora powyższego badania.

Najlepszym komercyjnie dostępnym systemem tarcz okazał się Osymetric. Mimo to w jego przypadku wg. wyliczeń przy kadencji 90 rpm moglibyśmy liczyć tylko na około 0,3 W mechanicznego zysku. Wydaje się niewiele ale trzeba brać pod uwagę, że w wyliczeniach nie brano pod uwagę innych korzyści płynących z użycia owalnych zębatek (np. mniejszego wydatku energetycznego), które mogłyby przełożyć się na większe zyski.

Ciekawym spostrzeżeniem z powyższej pracy jest fakt, że większość producentów błędnie oblicza kąt między pionowym punktem ramienia korby, a owalnym punktem tarczy. Gdyby zwiększono go w przypadku Osymetric z 78° do 110° moglibyśmy już liczyć na zyski rzędu 6 W przy kadencji 90 rpm.

Niestety większość komercyjnie dostępnych systemów nie pozwala na modyfikację ustawienia tarczy względem korby. Mamy taką możliwość jedynie przy Q-rings Rotora. Jeżeli w jego przypadku kiedy zmienilibyśmy kąt z zalecanych 74° do 107° to moglibyśmy liczyć na teoretyczny zysk rzędu 1 W przy kadencji 90 rpm, co jest znacznie lepszym rezultatem od Osymetric.

Kąt ten ma kluczowe znaczenie w kontekście rezultatów uzyskiwanych ze stosowania owalnych zębatek. Widzimy to dokładnie na przykładzie Ogival. W przypadku oryginalnego ustawienia tarcze okazały się znacząco gorsze od tradycyjnego rozwiązania.

Należy jednak pamiętać, że wyniki powyższego badania mogą nie oddawać realnych zysków ze stosowania owalnych zębatek (co pokazały wcześniejsze badania eksperymentalne). Możemy jednak z niego wywnioskować, że najlepszymi systemami dostępnymi w sprzedaży okazały się Osymetric i zmodyfikowany Rotor.

Czy potrzebujesz owalnych tarcz?

Badania pokazują, że owalne zębatki mogą przyczynić się do mierzalnej poprawy naszych wyników. Nie stanowią, jednak aż tak bardzo znaczącej różnicy jak mogłoby nam się na początku wydawać.

Jeżeli posiadasz wystarczającą ilość gotówki i zależy Ci na maksymalnej poprawie wyników, owalne tarcze z pewnością będą dla Ciebie dobrym rozwiązaniem. Z drugiej strony kiedy nie możesz sobie na nie pozwolić to nie musisz się wcale tym martwić, gdyż jest o wiele więcej ważniejszych elementów wartych poprawy (np. trening), które mogą przełożyć się do o wiele bardziej znaczących zysków czasowych w Twoim następnym wyścigu.

Podsumowanie:

• mimo teoretycznych korzyści z używania owalnych zębatek rowerowych wiele badań eksperymentalnych nie potwierdza bardzo dużych korzyści płynących z ich stosowania;
• możemy wielokrotnie zwiększyć potencjalne zyski z używania tego rodzaju systemu poprzez odpowiednio długi okres adaptacji do nowego sprzętu (1 rok);
• nie wszystkie systemy są porównywalnie skuteczne, a jednymi z najlepszych na rynku są obecnie Osymetric i zmodyfikowany Q-rings Rotora.

Źródła:

1. Jose Rodríguez-Marroyo, Juan García-López, Karim Chamari, Alfredo Córdova, Olivier Hue, et al.. The rotor pedaling system improves anaerobic but not aerobic cycling performance in professional cyclists. European Journal of Applied Physiology, Springer Verlag, 2009, 106 (1), pp.87-94. 10.1007/s00421-009-0993-x.hal-00701238;
2. Malfait, L., Storme, G., & Derdeyn, M. (2006). Comparative biomechanical study of circular and non-circular chainrings for endurance cycling at constant speed. Zwevegem (Belgium-Europe), 49;
3. Cordova, A., Latasa, I., Seco, J., Villa, G., & Rodriguez-Falces, J. (2014). Physiological responses during cycling with oval chainrings (Q-Ring) and circular chainrings. Journal of sports science & medicine, 13(2), 410;
4. Fonda, B. Cycling performance improvement with oval chainrings after 1 year of adaptation.
5. Malfait, L., Storme, G., & Derdeyn, M. (2012). Why do appropriate noncircular chainrings yield more crank power compared to conventional circular systems during isokinetic pedalling.