Многие велолюбители сталкивались с тем, что даже на совсем небольших рамах зачастую установлены шатуны длиной 175 мм, хотя мануалы разных лет едины во мнении, что длина шатунов выбирается в зависимости от роста ездока. При этом чаще всего самые маленькие шатуны, которые вы можете найти в той или иной линейке оборудования, ограничены длиной в 170 мм, и никак не меньше.
Однако, все чаще слышны разговоры об эффективности коротких шатунов, которые ставят под сомнение тезис о “длинном рычаге для большей эффективности”.
На Pinkbike недавно вышла статья о пользе коротких шатунов с точки зрения науки. Попробуем разобраться вместе с авторами, так ли все на самом деле.
У большинства велосипедов шатуны имеют длину от 170 до 175 мм, и так было уже давно. Некоторые бренды используют 170-мм шатуны для меньших размеров и 175-мм шатуны для больших размеров, и в ряде линеек вы также можете купить 172,5-мм шатуны, предполагая, что идеальная длина для эргономики педалирования, эффективности, мощности и дорожного просвета должна быть где-то в этом диапазоне. Но есть довольно много опубликованных научных данных о длине шатунов, которые говорят о другом.
Теория
Обычно приводится аргумент, что более длинные шатуны обеспечивают больший рычаг, а это означает, что при заданном усилии на педали может быть создан больший крутящий момент. Это правда, но за длину рычага приходится платить. Если вы можете двигать педаль с определенной силой и с определенной скоростью по кругу педалирования, более длинный шатун будет генерировать больший крутящий момент, но при более низкой скорости вращения (об/мин), потому что окружность вращения больше. Мощность в данном случае определяется произведением силы на скорость или крутящего момента на скорость вращения, так что в любом случае мощность окажется одинаковой (по крайней мере, в теории).
Эта полностью дилетантская диаграмма показывает, что при заданном расстоянии, пройденном педалью, более длинный шатун повернется на меньший угол. Таким образом, для данной скорости поворота педали более длинный шатун имеет более низкие обороты, что компенсирует увеличение крутящего момента.
Хорошо задокументировано, что гонщики естественным образом крутят педали на более высоких оборотах при использовании более коротких шатунов; поэтому в некоторой степени уменьшенный крутящий момент компенсируется более высокой частотой вращения педалей.
Это не означает, что длина шатуна не имеет значения, но разница заключается в биомеханике — предпочитает ли человеческий организм более короткий диапазон движений чаще (более короткие шатуны) или более длинный диапазон движения реже (более длинные шатуны). Или, точнее, где находится оптимум между этими крайностями? Это вопрос, который необходимо выяснить путем экспериментов на реальных людях.
Исследования по теме
Поиск Google Scholar показал семь опубликованных исследований, посвященных влиянию длины шатуна на эффективность педалирования. Учитывая почти универсальный выбор спецификаций велосипедной индустрии, вы могли бы себе представить, что они обнаружили, что идеальная длина шатуна была как раз где-то в районе 170-175 мм. Или, может быть, более длинные шатуны могли бы в некоторой степени улучшить мощность педалирования, учитывая при этом тот факт, что горные велосипеды нуждаются в компромиссе между эффективностью и дорожным просветом. Но ничего подобного в этих статьях нет. У них у всех немного разные методы и способы измерения, но все они приходят к одному и тому же выводу: более длинные шатуны не лучше.
Обобщим же методы и результаты каждого исследования, а в конце подведем итоги и выскажем свое мнение.
Исследование 2001 года - одно из самых больших и полных по длине шатунов. Авторы измерили максимальную выходную мощность в спринте на статичном велосипеде с шестнадцатью тренированными велосипедистами, каждый из которых использовал широкий диапазон длины шатунов (120, 145, 170, 195 и 220 мм).
Не кажется удивительным, что самая низкая выходная мощность была зафиксирована при самых крайних в обе стороны, большую и меньшую (120 мм и 220 мм), значениях длины. Наибольшая выходная мощность была зарегистрирована при длине шатуна 145 мм, хотя разница не была большой или достаточно постоянной, чтобы считать ее значительной по сравнению со 170 мм или 195 мм. Разница в мощности между «лучшим» (145 мм) и «худшим» (220 мм) шатуном составила всего 3,9%.
Как и следовало ожидать, по мере увеличения длины шатунов частота вращения педалей уменьшалась со 136 об/мин для 120-мм шатунов до 110 об/мин для 220-мм шатунов. Другими словами, тело адаптируется, изменяя частоту вращения педалей в соответствии с длиной шатуна.
Проанализировав все данные от всех шестнадцати велосипедистов и на всех длинах, авторы подсчитали, что оптимальная длина шатунов для спринта составляет 20,5% от длины ноги или 41% от длины голени. Но в любом случае корреляция была слишком слабой, чтобы делать какие-либо твердые или точные выводы. Главный вывод здесь заключается в том, что выходная мощность в спринте варьировалась очень мало, особенно в трех средних размерах (145, 170 и 195 мм), что представляет собой даже гораздо более широкий диапазон длин шатунов, чем обычно. Вот как об этом говорят авторы: «Несмотря на то, что длина шатунов значительно повлияла на максимальную мощность при езде на велосипеде, использование стандартных шатунов длиной 170 мм не должно существенно снижать максимальную мощность у большинства взрослых».
Другими словами, в разумных пределах отношение длины ноги к длине шатуна не имеет большого значения для спринтерской мощности.
Как насчет детей, катающихся на шатунах взрослых размеров?
В 2002-м году, Martin and Spirduso дополнили вышеприведенное исследование, взглянув на него с другой стороны. Они снова протестировали максимальную мощность, на этот раз с 17-ю юными спортсменами в возрасте 8–11 лет. Их максимальная спринтерская мощность была протестирована со стандартным шатуном 170 мм и с шатуном «оптимальной» длины, которая, согласно их предыдущему исследованию, составляла 20% от длины ноги. Само собой, эти «оптимальные» шатуны были короче 170 мм.
Хотя была разница в частоте вращения педалей (129 об/мин для более коротких шатунов и 114 об/мин для 170-мм шатунов), они не обнаружили существенной разницы в выходной мощности детей в обоих случаях.
А как насчет аэробной эффективности, а не максимальной спринтерской мощности?
Это исследование 2002 года состоит в том, что девять тренированных велосипедистов-мужчин крутили педали с субмаксимальной (аэробной) выходной мощностью с шатунами 145, 170 и 195 мм, каждый с четырьмя разными частотами вращения (40, 60, 80, 100 об / мин). Это дало двенадцать различных вариаций скорости педалей (длина шатуна x частота вращения педалей). Они также делали это при 30, 60 и 90% своего лактатного порога, в то время как объемы потребляемого ими кислорода и производимого ими CO2 измерялись для определения метаболических затрат на езду на велосипеде при каждой выходной мощности и каждой длине шатуна.
Было обнаружено, что метаболические затраты на езду на велосипеде сильно коррелируют со скоростью педалей (как произведением длины шатуна на частоту вращения), но не сильно связаны с частотой вращения педалей или длиной шатуна как таковыми. Другими словами, езда с более короткими шатунами требует более высокой частоты вращения педалей (а более длинные шатуны требуют более медленной частоты вращения педалей); но при правильном каденсе длина шатуна не оказывает существенного влияния на метаболические затраты на педалирование при заданной выходной мощности.
Вот как это описано в статье: «Даже при нашем широком диапазоне скорости педалирования и длин шатунов способность мышц преобразовывать химическую энергию в механическую работу была удивительно стабильной».
А как насчет горных байкеров?
В 2009 году Пол Уильям Макдермид и Эндрю М. Эдвардс протестировали семь атлетов в кросс-кантри с шатунами 170, 172,5 и 175 мм. Их пиковая мощность измерялась при постоянной частоте вращения педалей (50 об/мин), а затем на максимальной аэробной мощности.
Никаких различий в выходной мощности не наблюдалось, даже когда частота вращения педалей была зафиксирована на уровне 50 об/мин. Однако время, необходимое для достижения максимальной мощности при вращении, было значительно меньше для 170-мм шатунов по сравнению со 175-мм.
Авторы предполагают, что это может представлять собой преимущество: «Уменьшение времени до пиковой мощности с большей скоростью развития мощности в условиях 170 мм предполагает, что преимущество в гонке может быть достигнуто с использованием более короткой длины шатуна, чем обычно. Кроме того, не было никаких препятствий ни для выходной мощности, производимой при низких частотах вращения педалей, ни для показателей выносливости с использованием более короткой длины шатуна, а преимущество способности быстро реагировать на изменение рельефа местности может иметь стратегическое значение для элитных спортсменов».
Не приводит ли чрезмерная длина шатуна к чрезмерной нагрузке на определенные суставы?
В 2011 году группой авторов был изучен относительный вклад различных суставов ног в мощность педалирования при длине шатуна 150, 165, 170, 175 и 190 мм. Несмотря на то, что были различия во вкладе тазобедренного и коленного суставов при сравнении шатунов диаметром 150 и 190 мм и при фиксированной частоте вращения 120 об/мин, не было различий, когда частота вращения педалей могла варьироваться в соответствии с длиной шатуна. «Длина шатуна не влияет на относительную мощность, специфичную для сустава, если учитывать влияние частоты педалирования и скорости педали. Таким образом, наши результаты подтверждают предыдущие выводы о том, что длина шатуна сама по себе не является важным фактором, определяющим максимальную мощность при езде на велосипеде».
А как быть с неподготовленными велосипедистам?
В 2016 году другая группа авторов измерила как аэробную эффективность, так и диапазон движений в суставах ног у двенадцати велосипедистов-любителей. Частота сердечных сокращений и общая эффективность (работа с педалями, выполняемая на сожженную калорию) измерялись при вращении педалей с фиксированной выходной аэробной мощностью. Они сделали это с тремя длинами шатунов с интервалом в 5 мм между ними. И снова, не было никаких различий в частоте сердечных сокращений или общей эффективности ни при одной из протестированных длин шатунов. Тем не менее, более длинные шатуны значительно увеличили диапазон движений тазобедренных и коленных суставов, что, по мнению авторов, может быть отрицательным. «Биомеханические изменения из-за более длинного рычага не повлияли на метаболические затраты на педалирование, но они могли иметь долгосрочные неблагоприятные последствия. Следовательно, в случае сомнений между двумя длинами можно рекомендовать более короткую».
А как насчет педалирования стоя?
Наконец, в 2021 году была рассмотрена езда на велосипеде стоя. Десять участников выезжали из седла на субмаксимальной (аэробной) мощности, при этом измерялись биомеханические параметры, данные о движении и силе реакции на педали. При более длинных шатунах поглощалась большая мощность на фазе подъема педали в цикле педалирования. «Следовательно, — говорят авторы, — более длинные шатуны требуют большей движущей силы мышц нижних конечностей во время езды на велосипеде стоя по сравнению с более короткими шатунами. Поэтому для велосипедов, предпочитающих езду стоя, рекомендуется использовать шатуны меньшей длины, чтобы избежать усталости».
Более короткие шатуны распространены в скоростном спуске по определенной причине – чтобы как можно меньше задевать препятствия на трассе
Заключение
Главный вывод из опубликованных научных данных заключается в том, что длина шатунов либо не влияет на эффективность педалирования, либо есть возможное преимущество более коротких шатунов. Хотя в одной статье был обнаружен небольшой недостаток при экстремальных значениях длины шатуна в обе стороны (120 мм или 220 мм), нет никаких доказательств значительной разницы в максимальной выходной мощности или эффективности при использовании шатунов с такой различной длиной, как 145 и 195 мм. Это связано с тем, что по мере уменьшения длины шатуна велосипедисты крутят педали с большей частотой, чтобы компенсировать это.
В трех из семи статей указывались возможные преимущества более коротких шатунов, в то время как в остальных не было обнаружено никакой разницы. В одной статье было обнаружено, что более короткие шатуны сокращают время, необходимое для увеличения выходной мощности в спринте; в другой исследователи рекомендовали более короткие шатуны для езды на велосипеде стоя, чтобы снизить утомляемость; в третьей отметили, что более длинные шатуны увеличивают диапазон движений тазобедренных и коленных суставов, что, со слов авторов статьи, «может иметь долгосрочные неблагоприятные последствия».
Одно исследование показало, что оптимальная длина шатуна (для спринта) составляет около 20,5% длины ноги велосипедиста. Длина ноги обычно составляет около 45% от высоты, что означает, что оптимальная длина кривошипа составляет около 9,2% от общей высоты. Согласно этому эмпирическому правилу, идеальный шатун для человека среднего роста составляет около 161 мм для мужчин или 150 мм для женщин. Но надо помнить, что это очень приблизительные цифры, и главный вывод заключается в том, что в разумных пределах длина шатуна не имеет большого значения с точки зрения производительности педалирования.
Для любителей горного велосипеда все, что нужно знать, это то, что использование более коротких шатунов на 10 мм не замедлит вас при вращении педалей. Зато гораздо больший зазор - огромная разница с точки зрения снижения риска этих душераздирающих и изгибающих оси ситуаций, когда педаль ловит камень. Конечно, вы также можете увеличить высоту каретки, чтобы достичь этого, но у данного решения есть свой собственный список недостатков, которые могли бы заполнить отдельную статью.
Есть несколько практических проблем при переходе на более короткие шатуны. Что наиболее важно, требование крутить педали с более высокой частотой вращения потребует более легкой передачи. Так переход от 175 до 165 мм шатунов должен сочетаться с заменой 32Т звезды на 30Т, чтобы компенсировать уменьшение рычага и обеспечить более высокие частоты вращения педалей. Это может вызвать насмешки со стороны менее образованных райдеров. Если передача не отрегулирована, более короткий шатун фактически обеспечивает более жесткую передачу с точки зрения усилия, необходимого на педаль для создания заданной движущей силы на колесе, что потенциально может привести к большей нагрузке на тело, когда у вас заканчиваются передачи.
Кроме того, сокращение длины шатуна на 10 мм в идеале должно сочетаться с увеличением высоты седла на 10 мм, чтобы выпрямление ноги с педалью в нижней части круга было таким же.
Наконец, при установке более коротких шатунов может потребоваться несколько поездок, чтобы привыкнуть к более высокой частоте вращения педалей.
P.S.
Как видим, данные из источников все ещё оставляют место для спекуляций про «жадных маркетологов». Отрицательный или положительный эффект от выбора той или иной длины шатуна настолько незначителен для среднестатистического любителя, который не вовлечён в даунхилл, не считает секунды на отрезок в 10 км или не катает взрывные спринты в гору в парке стоя, что подавляющее большинство мнений на этот счёт легко можно отнести к эффекту «плацебо».
Мы же, будучи людьми, по-настоящему влюбленными в велосипед, в независимости от его конструкции и применения, в который раз подытожим, что выбор снаряжения и стиля катания остается за каждым отдельно взятым райдером. Поэтому если кто-то рассказывает вам о том, как значительно увеличилась его скорость при переходе на короткие шатуны, то, вполне вероятно, так оно и есть, без оглядки на реальные причины произошедшего ☺. Лишь бы это нравилось самому человеку и приносило ему удовольствие от езды на его любимом велосипеде.
Лично я после прочтения статьи захотел в перспективе попробовать 165мм шатуны на моем трейл-байке. Не думаю, что это в миг сделает меня более эффективным ездоком, но почему бы и нет.
