Як обчислити потужність, необхідну для підйому на пагорб при заданій каденції?

7

Припустимо, я їзжу на каденції 50 об / хв протягом 10 хвилин із передаточним числом 39x23 на пагорбі з 10% -ною оцінкою. Чи є проста формула для розрахунку необхідної потужності?

— Рік Ант
джерело

1

Потрібно знати, який крутний момент застосовується, окрім обертів. Або ви могли просто обчислити потужність, необхідну для підйому даного класу із заданою швидкістю. (Особисто на пагорбі 10% я просто вдячний, що зможу продовжувати рухатися.)

— Даніель Р Хікс

Як я можу знати свій крутний момент?

— Рік Мураха

Прикріпіть гайкові ключі замість вашої кривошипної руки і прочитайте їх кілька разів обертання. (Що означає, що це найважча проблема.)

— Даніель Р Хікс

1

Рік: Так, але ви також повинні враховувати ваші ефективні метаболізми в перетворенні між спаленими калоріями та енергією. Загалом, GME коливається в межах приблизно від 20% до 25%. Як це буває, 1 калорія = 4,184 джоуля, або 1 джоуль = 0,239 калорій, тому загальним правилом є припускати ГМЕ 23,9%, в цьому випадку кількість калорій їжі (= калорійність, = 1000 калорій = 1 кілокалорія) приблизно еквівалентна 1 кілоджоулі. Як правило, простіше оцінити роботу в джоулях (або кілоджоулях), ніж оцінити витрати калорій, тому перетворення зазвичай відбувається в зворотному напрямку: потужність -> кал.

— Р.Чун

1

Так, ват - джоуль / сек. Отже, якщо ви мали дуже хорошу оцінку витрачених калорій (= кілокалорій), ви можете скористатися "правилом перетворення великого пальця", щоб сказати, що це еквівалентно кількості витрачених кілоджулів, і розділити на час, що минув на секунди, щоб отримати середня потужність у ватах. На практиці хороші оцінки витрачених калорій важко піддаються, але, особливо на велосипеді, час від часу можна отримати хорошу оцінку потужності (наприклад, для підйомів на гірку). Це дає хорошу оцінку кілоджоулів, і ви можете потім перетворити їх на витрачені калорії.

— Р. Чунг

11

Ви не досить надаєте достатньо інформації у своєму конкретному запитанні (тобто "50 об / хв за 10 хвилин з 39x23 з висотою 10%"), щоб дати повну відповідь в абсолютних показниках, але, якщо припустити, ви їдете на стандартному розмірі 700c на велосипеді є достатньо інформації, щоб зробити хорошу оцінку відносно.

Спочатку я дам коротку відповідь, потім велике правило, яке легко обчислити, і поставить вас в межах приблизно 10%, потім більш детальна відповідь.

Короткий відповідь на ваше запитання, у відносному відношенні, - ~ 3 Вт / кг загальної маси. Щоб перетворити це на загальний абсолютний ват, ви просто помножите 3 Вт / кг * загальну масу (в кг) для вас, вашого велосипеда та всього обладнання, яке ви перевозите. Наприклад, якщо ви важите 70 кг, а ваш велосипед та все його обладнання разом важать додатково 10 кг, це знадобиться приблизно 3 * (70 + 10) = 240 Вт. Якщо ви важите 70 кг, це означає, що вам потрібно буде виробляти 240/70 = ~ 3,4 Вт / кг маси тіла. Для цього, 3,4 Вт / кг за 10 хвилин - це не погана кількість енергії для випадкового рекреаційного велосипедиста; На звичайній ходьбі по рівній землі люди в середньому становлять близько 1 Вт / кг, тоді як про-велосипедист міг би в середньому перевищувати 5 Вт / кг за годину.

Основне правило, яке потрібно перетворити на швидкість на крутих пагорбах: а не 3. Це дасть точну оцінку ватт / кг, які потрібно виробляти. Наприклад, якщо ви піднімаєтесь на 10% гору зі швидкістю передачі 39/23 при 50 об / хв на велосипеді стандартного розміру, ви подорожуєте зі швидкістю ~ 11 км / год (або близько 6,5 миль / год). Так 10% * 11 км / год = 1,1, а 1,1 * 3 = 3,3 Вт / кг. Крім того, якщо виміряти швидкість в миль / год, 10% * 6,5 миль / год = .65, і .65 * 5 = 3,25 Вт / кг. По суті, все, що вам потрібно запам'ятати для цього правила, - це число 3, якщо ви вимірюєте швидкість в км / год, або 5, якщо ви вимірюєте швидкість в милі / год.

Як я перетворив вашу каденцію в конкретній передачі на швидкість? На стандартному велосипеді звичайного розміру заднє колесо "700с" має окружність ~ 2100 мм (= ~ 2,1 метра). Якщо ви здійснювали педалювання на 50 об / хв через передачу 39/23, то (50 об / хв) * (39/23) * (60 хвилин / годину) * (2,1 метра) = ~ 10700 метрів на годину, або 10,7 км / год, або 6,6 миль / год.

А тепер більш повне пояснення. Рівняння перетворення швидкості в потужність добре зрозуміло. Загальна затребувана потужність складається з чотирьох частин:

Total power = power needed to overcome rolling resistance + 
              power needed to overcome aerodynamic resistance + 
              power needed to overcome changes in speed (kinetic energy) + 
              power needed to overcome changes in elevation (potential energy)

З них найпростіша частина - сила, необхідна для подолання змін висоти, яка, на щастя, у цьому випадку - це те, про що ви питали. На крутому пагорбі ваша швидкість низька, а аеродинамічні та інші сили опору, як правило, невеликі відносно частини сходження. Потужність, необхідна для обліку зміни потенційної енергії, проста:

Вт (PE) = нахил * швидкість у метрах / сек * загальна маса * 9,8 м / сек ^ 2

або

ват / кг = нахил * швидкість у метрах / сек * 9,8 м / сек ^ 2

Отже, все, що нам потрібно, - це отримати швидкість в м / с. Якщо у вас є циклічний комп'ютер, який читає в км / год, вам потрібно розділити км / год на 3,6, щоб отримати м / с і помножити на 9,8. Якщо ваш циклічний комп'ютер читає в милі, діліть миль на 2,25 і помножте на 9,8. Якщо ви це зробите, ви побачите, що отримані постійні рівні приблизно 3 (для км / год) і 5 (за миль / год), як зазначено в правилі великого пальця вище.

— Р. Чунг
джерело

Я не бачу, як ваша перша формула має будь-яке відношення до чогось. На площині ваша потужність сильно залежить від відносної швидкості вітру, але ви навіть не натякаєте, про яку швидкість ви говорите.

— Даніель Р Хікс

2

Я не впевнений, про яку "першу формулу" ви посилаєтесь. Питання Ріка Ент вказувало потужність на 10% -му пагорбі, а не на площині, і ми знаємо, що його швидкість мала бути швидкістю, що мається на увазі 50 об / хв за 39/23 - таким чином, якби велосипед використовував стандартне колесо 700с з окружність 2,1 метра, ми знаємо, якою була б його швидкість. Це, як я показав: 50 об / хв * 60 хвилин на годину * 39/23 * 2,1 метра = 10700 метрів / год = 10,7 км / год, або 6,6 миль / год.

— Р.Чун

Отже, ви відповідали на конкретне запитання 10% -го пагорба, а не на його загальне питання, як обчислити потужність ?? Ви мали це сказати.

— Даніель Р Хікс

1

тому якщо я використовую 39x21 53 об / хв, я отримаю 3,5 м / с або 12,6 К / год, а 12,6 К * 0,1 * 3 - 3,78 Вт / кг загальної потужності, що мені потрібно = 3,78 * 77 кг = 291,06 Вт

— Рік Мураха

1

Так, дуже близько до цього. Я думаю, що я фактично отримую 3,44 м / с і 12,4 км / год, тож велике правило для підйому на 10% -го пагорба склало б близько 286 Вт. Я зробив точний розрахунок, враховуючи 10% нахил, а також сили кочення та аеродинамічні сили, і я отримав 281 Вт, тому в цьому випадку правило великого пальця отримало в межах 2%. Непогано велике правило.

— Р.Чун

5

Ви можете скористатися калькулятором на веб-сайті http://bikecalculator.com , який дасть вам розумну оцінку, якщо ви знаєте середній ступінь пагорба, денну температуру та швидкість / напрям вітру (напевно, це не так актуально для пагорба) . Подібний калькулятор є тут, щоб ви могли порівняти два методи.

На веб-сайті http://www.cyclingpowermodels.com є безліч інформації про енергетичні моделі, включаючи наступний уривок. Я не зміг знайти там калькулятор потужності (тільки навпаки).

Валідація моделі

Два ключових питання у застосуванні будь-якої моделі до аналізу їзди на велосипеді повинні бути "чи це точно?" і "які припущення?"

Моделі взаємозв'язку між велосипедною потужністю та швидкістю існують вже давно і покладаються на фізичні принципи законів Ньютона. Основна модель велосипедної потужності та швидкості, що використовується на цьому веб-сайті, - це реалізація запропонованої у Валідації математичної моделі дорожнього велосипедного потенціалу, що з'явилася в Журналі прикладної біомеханіки в 1998 році. Ця публікація продемонструвала повноту та обгрунтованість моделі порівняння модельних прогнозованих та спостережуваних значень потужності. Модель розраховує потужність, яку велосипедист повинен був би виробляти, щоб досягти певної швидкості на певному ході, враховуючи ключові фізичні та екологічні параметри. У місцях ця модель використовується для обчислення швидкості, часу або значення іншого параметра з заданою потужністю.

Продуктивність будь-якої моделі настільки ж хороша, як і точність її входів, тому ми часто вкладаємось у великі деталі вимірювання чи оцінки основних змінних, таких як щільність повітря, вітер та аеродинамічне перетягування. Будь-які припущення або моделювання підходів, як правило, окреслено В якійсь мірі використання послідовних моделей потужності при польовому виведенні аеродинамічних вимірювань перетягування (тобто польових випробувань CdA) може підвищити надійність моделей при використанні з цим входом.

На практиці ми виявили, що теоретичні значення часу їзди велосипедистів, з огляду на задану потужність та хороші параметри входу, постійно падають у межах +/- 5% від фактичного часу їзди та часто в межах +/- 2%. У контексті заявленої точності більшості лічильників потужності на велосипеді на рівні +/- 2% ми маємо велику впевненість у застосуванні фізичних моделей до аналізу подій на велосипеді та, що ще важливіше, аналітичній силі, наданій мотоциклісту або тренеру. Чим більше ми використовуємо ці моделі, тим більше ми впевнені в них - якщо ви їх використовували, не соромтесь повідомте нам ваші висновки.

Зауважте, що передавальне відношення та каденція не потрібні для розрахунку (ви можете виробляти однакову потужність з меншими передачами та швидшою каденцією або навпаки).

— tdc
джерело

1

Чи враховують моделі відомий факт, що пізно за день потрібно двічі більше енергії, щоб досягти тієї ж швидкості, яку ви легко досягли на шість годин раніше?

— Даніель Р Хікс

:-) Насправді є певні докази (не можу знайти посилання зараз), що зворотне дійсне: продуктивність слідує за циркадним ритмом, а пікова ефективність насправді близько 18:00 для більшості людей. Хоча, очевидно, ні, якщо ви вже провели сеанс вранці!

— tdc

@tdc Існує ускладнюючий фактор за принципом каденції, що залежить від потужності, оскільки швидкість скорочення м'язів впливає на його ефективність. Тоді, якщо ви їдете, скажімо, 20 км / год при 90 об / хв, ваше тіло витрачає набагато менше енергії, ніж якщо ви їдете на тій же швидкості з 40 об / хв або 150 об / хв. Механічна робота, виміряна ззовні, може бути однаковою, але теоретично фізіологічні зусилля не будуть.

— heltonbiker

2

@heltonbiker Я не думаю, що це правильно: я думаю, що потрібна енергія однакова, це просто те, що в організмі є різні системи, які працюють на двох різних каденціях (повільні / швидкі м’язи посмикування), які використовують різні енергетичні системи в організмі . Результат - різниця в психологічних зусиллях, а не фізіологічних зусиллях.

— tdc

@tdc Я майже схильний не погоджуватися, але, думаю, потрібно більше наукових доказів для підтримки будь-якої з двох точок зору. Якщо я знайду якийсь папір або подібне, я повернусь та напишу (навіть якщо це мені суперечить). Крім того, оскільки це не форум, я боюся, що це вже офтопік.

— heltonbiker

3

Теоретично ви могли вимірювати потужність лише за допомогою спеціалізованого приладу, як правило, електронного (і дорогого) лічильника крутного моменту, вбудованого в спеціальний кривошип або на задній маточині.

Щоб дізнатися про найсучасніші відомості про це, подивіться на http://www8.garmin.com/train-with-garmin/power-meter.html . Це вкаже вам багато інших посилань на цю тему.

Якщо ви хочете, як пропонує ваше запитання, оцінити потужність на основі загального підйому (без огляду на енергію, витрачену на подолання вітру та опору кочення), ви можете використовувати power (W) = energy (J) / time (s)формулу, де енергія - це зміна потенційної енергії, обчислена з energy (J) = mass (kg) * gravity (9,8 m/s²) * height (m), що є висотою загального підйому. , і набирайте комбіновану масу тіла та велосипеда.

Друга формула дасть мінімально витрачену енергію (оскільки не тільки сходження, але і затягування споживає енергію), тому ви можете перетворити на калорійність їжі, якщо хочете. Крім того, якщо ви гальмуєте, втрачається кінетична енергія, і ви витрачаєте більше енергії, щоб прискорити назад до швидкості.

Потужність означає швидкість передачі енергії, або скільки енергії ви можете витратити за кожну одиницю часу - простою мовою, наскільки ви сильні.

— heltonbiker
джерело

0

Вже є хороші відповіді. Для практичності я просто використовую цей веб-сайт: http://cycle2max.com для оцінки потужності. Ви не можете використовувати його для тренувань, але це досить корисно для порівняння різних підйомів. IIRC, вони також налаштовують свій алгоритм із даними лічильника потужності.

— име96
джерело

Розрахувати потужність, щоб піднятися на пагорб достатньо крутим, що можна знехтувати вітровим опором, просто: 9.8 * (total weight in kg) * (height climbed in meters) / (time to climb in seconds)дасть вам середню потужність для підйому.

— Ендрю Генле

0

Я витратив час, намагаючись передбачити мій хроно на сегменті Страви, використовуючи "формулу короткої відповіді" від Р. Чунга. Тоді я їзжу по сегменту з силометром і використовую обчислену потужність як ціль. Мої прогнози були помилковими.

Повернувшись додому, я аналізую дані та роблю математику на основі даних лічильника потужності та даних Strava. Для одного сегмента 3 коефіцієнт більше 4,28, а для іншого - 3,8! Я роблю ще один математичний сеанс і роблю припущення, що я сприйняв погане значення для своєї ваги. Коли я підраховую назад, я знаходжу значення більше, ніж на 25% вище реального значення.

Тому я не кажу, що ця формула неправильна, але мої експерименти роблять висновок, що я не можу використовувати її в реальному житті.

Мій найкращий ресурс поки що - це веб-сайт https://www.gribble.org/cycling/power_v_speed.html - я успішно обчислюю значення потужності для певного сегмента з допуском +/- 10%. Я сподіваюся, що це допоможе комусь і щось додасть до дискусії.

— Duc
джерело

Наскільки крутим був ваш сегмент "Страва", скільки важать ваш велосипед разом, наскільки швидко ви їхали і що прочитав ваш лічильник потужності? Також ваш калібрувальний прилад відкалібрований? Первісне запитання про потужність на крутому пагорбі - якщо сегмент, на якому ви їхали, був рівним або не таким крутим, вам слід включити аеродинамічне перетягування.

— Р. Чунг

Характеристики сегмента "Страва": - Клас: 5% - Вага: близько 90 кг: 80 кг мене (!) + 8,7 кг велосипеда та аксесуарів + 0,5 кг води. - Я їхав зі швидкістю середня швидкість 20,3 км / год. - Мій силометр був відкалібрований і давав середню потужність для цього сегмента в 340 Вт. Чи потрібно мені щось додати для аеродинамічного перетягування?

— Duc

1

Так. 5% нахил не дуже крутий, тому ви подорожуєте досить швидко, що ви, ймовірно, використовуєте 40-50 ватт для аероперетягу. Потужність, необхідна для переміщення 1 кг вгору на 5% схилу при 20,3 км / год, становить майже рівно 3 Вт, тому для переміщення 90 кг потрібно близько 270 Вт. Якщо додати аероізоляцію, загальна сума складає від 310 до 320 Вт, можливо трохи менше, якщо ви дуже аеромобіль, трохи більше, якщо у вас менше аерозолю або у вас був поворотний вітер.

— Р. Чунг