Для збільшення ваги потрібна додаткова потужність

Скільки означає вагу, коли йдеш у гору?

Скажімо, я піднімаюся на гору з висотою 1000 м, і це досить круто: 10%. Скажімо також, що я можу підтримувати 250 Вт. Якщо я додаю 1 кг ваги до велосипеда, чи можу я визначити, наскільки повільніше (в часі) я стану? Скільки секунд я втрачу?

Будь ласка, покажіть мені формулу та обчислення цього питання, і сміливо деталізуйте цю тему.

Припускаючи, що ви робите стоячий старт і доходите до повної зупинки на вершині пагорба. Проста вимога полягає в тому, що вам потрібна енергія, щоб рухатись знизу вгору. Більшість необхідної енергії буде спрямована на підвищення потенційної енергії корисного вантажу (ви та велосипед). По суті, ви будете створювати кінетичну енергію (рухаючи велосипед), перетворюючи хімічну енергію у своєму тілі. Будуть втрати через тепло, тертя з дорожнім покриттям та опір повітря.

Нехтуючи ними на даний момент (вони не незначні, але ускладнюють розрахунок).

Потенційна енергія (PE) = m * g * h

Де:

m = маса

g = гравітаційне прискорення

h = висота

ПЕ пропорційна m, тому збільшення маси на 10% збільшить PE на 10%. Значить вам знадобиться на 10% більше кінетичної енергії, щоб дістатися до вершини того самого пагорба.

Потужність - це робота (енергія), поділена на час:

Р = Вт / т

Де:

P = Потужність у ватах

W = виконана робота або енергія в джоулях

t = час на роботу.

Якщо ваша потужність постійна, ми можемо переставити рівняння, щоб отримати

P = (m * g * h) / t

стає:

t = (m * g * h) / P

тому при постійній потужності, гравітації та висоті пагорба ваш час збільшуватиметься пропорційно збільшенню маси, заданому вищевказаним рівнянням.

Якщо немає вітру, опір повітря стане менш актуальним, чим повільніше ви рухаєтесь. Тертя посилиться через збільшення ваги. Крутизна пагорба теоретично не має значення в цьому розрахунку. Ви отримуєте однакову кількість потенціалу гравітації, коли ви однакову масу на тій же висоті. Тож теоретично не повинно мати значення, висота горба на 10% або подвійна до 5%.

Однак, коли ви генеруєте енергію, вам потрібно створити її з хімічної енергії, і ви можете створити її лише стільки часу. Ваші м’язи стануть неефективними, і тому на більш крутих пагорбах вам може знадобитися більше енергії, ніж менш крутих. Таким чином, на більш крутому пагорбі вітростійкість може стати менш актуальною, але найважливішим фактором стане співвідношення потужності (скільки енергії можна викласти з часом) і ваги.

Я намагаюся зазначити в останньому абзаці, це те, що енергія, яку потрібно вкласти в своє тіло і щоб ваше тіло перетворилося в рух вперед, не те саме, що проста кінетична енергія, необхідна для того, щоб потрапити на вершину пагорба . Однак при рівній зміні маси впливатиме так само, як і я вказав у рівняннях.

Якщо я на одній їзді додаю 1 кг ваги до велосипеда, наскільки повільніше (в часі) я буду?

Якщо припустити, що ви та ваш велосипед масою 100 кг (у круглих цифрах), зайвий 1 кг спричиняє 1% збільшення ваги, тобто збільшення на 1% потенційної енергії, пов’язаної з підйомом на гору.

Якщо ваш вихідний сигнал постійний, це означає збільшення часу на 1%.

Однак частина вашої енергії буде подолати вітер і опір коченню, а не потенційну енергію. Якщо лише половина вашої енергії спрямовується на потенційну енергію (що залежить від ваги), а половина є постійною (незалежно від ваги), я думаю, це означало б збільшення часу на 0,5%.

Це має сенс, я не думаю так, не кажучи, скільки ват виходжу, скажімо, я роблю 250 Вт

Те, що я написав вище, не впливає на вашу загальну силу; зміна є відносною, а не абсолютною: тобто вона становить 1%, незалежно від того, що це 1%.

Частина махання рукою в моєму викладі - "Якщо ваш вихід потужності постійний": це правда, якщо ви маєте тонкий контроль над вашими передачами (так що ви можете, як, знаєте, переключити на 1%, щоб регулювати до збільшення на 1% ваги і, отже, зусиль).

Зміни насправді не є лінійними: наприклад, якщо це було вагою на 1000 кг, тобто на 1000% замість 1%, вам потрібно буде переключитись так далеко, щоб ви йшли так повільно, що не змогли залишитися вертикально на двоколісному велосипеді. Щодо відносно невеликих прибавок у вазі, однак, я очікую, що різниця в зусиллях (а отже, і через махання рукою, окресленою вище, різниця в тривалості) буде приблизно лінійною.

Джоул - це метр Ньютона, а також ватт-секунди. Гравітація близько 9,81 ньютонів / кілограм.

Підняття на 1 фунт на 1000 футів призвело б до зростання 0,4536 кг 304,8 метрів. Так це було б 9,81 * 0,4536 * 304,8 = 1356 джоулів, або 1356 Вт-секунд.

Ваш піковий стійкий енерговипуск, мабуть, знаходиться в загальному діапазоні 300 Вт (і "круїз" буде десь приблизно вдвічі), тому вам доведеться використовувати всю свою енергію протягом приблизно 4,5 секунд, щоб підняти цей фунт на 1000 футів. (Або, якщо говорити в перспективі, приблизно 19 хвилин, щоб підняти велосипед на 250 фунтів + ​​вершник на 1000 футів.)

Для ваших припущених 250 Вт це буде 5,4 секунди за один фунт або 22,6 хвилини за 250 фунтів. Це дозволило б забезпечити швидкість на відстані 10000 футів близько 5 миль / год. (Зверніть увагу, що опускання набагато нижче приблизно 200 Вт призведе до занадто повільної швидкості, щоб залишатися вертикально, особливо з огляду на те, що чим повільніше ви їдете, тим більше енергії потрібно витратити, намагаючись залишатися вертикально.)

Звичайно, це ігнорування втрат вітру та опору коченню, а отже, і час, необхідний для "покриття відстані" на рівні землі. Опір коченню буде приблизно таким же, як на рівні землі, але опір вітру буде меншим, оскільки ви рухаєтесь повільніше, а опір вітру, як правило, більший із двох. Тому вам потрібно додати до вищезазначених разів, можливо, 1/2 або 2/3 часу, що знадобиться вам, щоб пройти ту саму відстань на рівній землі. Для 10% класу, який би настав час покрити 10000 футів або приблизно 1,9 милі. На 15 миль / год це буде приблизно 7,5 хвилин, тому додайте, можливо, половину цього.

Щури - Щойно зрозумів, що питання було в кг і метрах ...

"Якщо я на одній їзді (10 000 метрів на 10%) додаю 1 кг ваги до велосипеда, наскільки повільніше (в часі) я стану (якщо припускати 250 Вт)?":

Це було б 9,81 * 1 кг * 1000 метрів * = 9810 ват-секунд. При 250 Вт - це 38,84 секунди додаткового часу за рахунок додавання 1 кг.

І мені здається ... що можна використовувати ті самі розрахунки назад, щоб приблизно розрахувати вихідну потужність, враховуючи вагу, середню швидкість і середній нахил. Це, ймовірно, буде більш точним, ніж у багатьох інших схемах оцінки потужності.

Як вже вказувалося в інших відповідях, додатковий кілограм є досить незначним, якщо стосуватися виключно додаткової потенційної енергії, яка вам потрібна. Але є й інші фактори, коли це може мати більш-менш більший ефект.

По-перше, ваш організм не обов'язково лінійно реагує на більш високе навантаження. Поки ви перебуваєте в регіоні, де ви можете робити гору без помітної втоми, ви просто будете трохи повільнішими з тим самим виходом потужності. Але якщо підняття на гору призведе вас до ваших меж навіть без додаткової ваги, кожен додатковий грам приведе вас до своєї межі трохи раніше і зробить складніше продовжувати.

Також маса відіграє важливу роль кожного разу, коли вам доведеться якось прискорити її. Я думаю про деякі речі:

• Плавність підйому в гору: наближення, що стосується лише потенційної енергії, працює тим краще, чим плавніше буде гору. Якщо ви піднімаєтесь на постійно похилому, брукованому схилі, де ви можете припустити їздити з майже постійною швидкістю, різниці не повинно бути багато. Однак, якщо ви їдете на гірському велосипеді по дорозі, де у вас багато "дій" на велосипеді (піднімайтеся вгору по сходах, намагайтеся тримати тягу на пухкій землі, перемикатися між більш крутими і плоскішими ділянками), це може бути різним.

• "Місце" додаткової ваги: це може змінити те, де ви додасте вагу. Найбільший ефект матиме, якщо у вас є додаткова вага на обертові частини (колеса, привід). Але також важчий велосипед сам по собі змусить вас почувати себе менш чуйним, що змусить ваші м'язи швидше втомлюватися, якщо вам доведеться робити багато матеріалів для поводження з велосипедом під час гору (тому це знову пов'язане з плавністю підйому). Якщо б у вас був рюкзак, то це матиме набагато менший ефект.

Висновок: Тільки з точки зору додаткової потенційної енергії це може не змінити великого значення, але якщо ви стосуєтесь керування велосипедом або втоми, близької до ваших меж, це матиме більший ефект.