Dodatkowa moc wymagana pod górę do zwiększenia masy ciała

Ile znaczy waga przy podjeździe?

Powiedzmy, że idę pod górę z 1000 m wysokości i jest dość stroma: 10%. Powiedzmy też, że mogę utrzymać 250 watów. Jeśli dodam 1 kg masy do roweru, czy mogę określić, o ile wolniej (z czasem) będę? Ile sekund stracę?

Pokaż mi wzór i obliczenia tego i nie krępuj się rozwinąć na cały ten temat.

Zakładając, że zaczynasz od początku i całkowicie zatrzymujesz się na szczycie wzgórza. Prostym wymaganiem jest to, że potrzebujesz energii, aby przenieść się z dołu do góry. Większość wymaganej energii będzie przeznaczona na podniesienie potencjalnej energii ładunku (ty i rower). Zasadniczo będziesz wytwarzał energię kinetyczną (poruszanie rowerem) poprzez przekształcanie energii chemicznej w ciele. Będą straty z powodu ciepła, tarcia z nawierzchnią drogi i oporu powietrza.

Lekceważenie ich na razie (nie są one nieistotne, ale komplikują obliczenia).

Energia potencjalna (PE) = m * g * h

Gdzie:

m = masa

g = przyspieszenie grawitacyjne

h = wysokość

PE jest proporcjonalny do m, więc wzrost masy o 10% zwiększy PE o 10%. Oznacza to, że potrzebujesz 10% więcej energii kinetycznej, aby dostać się na szczyt tego samego wzgórza.

Moc to wykonana praca (energia) podzielona przez czas:

P = W / t

Gdzie:

P = Moc w watach

W = praca wykonana lub energia w dżulach

t = czas na pracę.

Jeśli twoja moc jest stała, możemy zmienić równanie, aby uzyskać

P = (m * g * h) / t

staje się:

t = (m * g * h) / P

więc przy stałej mocy, grawitacji i wysokości wzgórza twój czas będzie wzrastał proporcjonalnie do wzrostu masy, zgodnie z powyższym równaniem.

Jeśli nie ma wiatru, opór powietrza staje się mniej istotny, tym wolniej. Tarcie wzrośnie z powodu wzrostu masy. Stromość wzgórza jest teoretycznie nieistotna w tych obliczeniach. Zyskujesz tę samą ilość energii potencjalnej grawitacji, gdy osiągniesz tę samą masę na tej samej wysokości. Więc teoretycznie nie powinno mieć znaczenia, czy wzgórze ma 10%, czy dwukrotnie więcej i 5%.

Ponieważ jednak generujesz energię, musisz ją wytworzyć z energii chemicznej, a jest tylko tyle, ile możesz wygenerować jednocześnie. Twoje mięśnie staną się nieefektywne, dlatego na stromych wzgórzach możesz potrzebować więcej energii niż mniej stromych. Tak więc na bardziej stromym wzgórzu opór wiatru może stać się mniej istotny, ale współczynnik mocy (ilość energii, którą możesz wydać z czasem) do ciężaru stanie się najbardziej istotnym czynnikiem.

W ostatnim akapicie staram się wskazać, że energia, którą musisz włożyć do swojego ciała i aby twoje ciało przekształciło się w ruch do przodu, nie jest tym samym, co zwykła energia kinetyczna wymagana do przeniesienia cię na szczyt wzgórza . Jednak wszystko, co jest równe, zmiana masy będzie miało taki sam wpływ na czas, jak stwierdziłem w równaniach.

Jeśli podczas jednej jazdy dodam 1 kg masy do roweru, o ile wolniej (z czasem) będę?

Zakładając, że ty i twój rower ważysz 100 kg (w liczbach okrągłych), dodatkowy 1 kg powoduje 1% wzrost masy ciała, tj. 1% wzrost energii potencjalnej związanej ze wspinaniem się na wzgórze.

Jeśli moc wyjściowa jest stała, oznacza to 1% wzrost czasu.

Jednak część Twojej mocy wyjściowej przezwycięży opór wiatru i toczenia, a nie energię potencjalną. Jeśli tylko połowa twojej mocy jest przeznaczona na energię potencjalną (która zależy od wagi), a połowa jest stała (niezależnie od masy), myślę, że oznaczałoby to wzrost o 0,5% w czasie.

Czy to ma sens, nie sądzę, nie mówiąc o tym, ile watów wypuszczam, powiedzmy, że wytwarzam 250 W.

Na to, co napisałem powyżej, nie ma wpływu twoja całkowita moc; zmiana jest raczej względna niż bezwzględna: tj. wynosi 1%, bez względu na to, co stanowi 1%.

Częścią machania ręką w moim stwierdzeniu jest „Jeśli twoja moc wyjściowa jest stała”: co jest prawdą, jeśli masz dobrą kontrolę nad swoimi biegami (abyś mógł, jak wiesz, zmniejszyć bieg o 1% w celu dostosowania do 1% wzrostu ciężaru i tym samym wysiłku).

Zmiana nie jest w rzeczywistości liniowa: na przykład, gdyby był to wzrost o 1000 kg, tj. O 1000% zamiast 1%, trzeba by zmniejszyć bieg tak daleko, aby jechać tak wolno, że nie można pozostać pionowo na rowerze dwukołowym. Jednak w przypadku stosunkowo niewielkich przyrostów masy spodziewam się, że różnica wysiłku (a zatem również, poprzez machanie ręką opisane powyżej, różnica w czasie trwania) będzie w przybliżeniu liniowa.

Dżul jest miernikiem Newtona, a także sekundą watów. Grawitacja wynosi około 9,81 niutonów / kilogram.

Podnoszenie 1 funta na 1000 stóp podniosłoby 0,4536 kg 304,8 metra. Byłoby to 9,81 * 0,4536 * 304,8 = 1356 dżuli lub 1356 watosekund.

Twoja maksymalna podtrzymywana moc wyjściowa prawdopodobnie mieści się w ogólnym zakresie 300 watów (a „przelot” to około połowy tej wartości), więc będziesz musiał wykorzystać całą swoją energię przez około 4,5 sekundy, aby podnieść ten funt o 1000 stóp. (Lub, mówiąc z perspektywy czasu, około 19 minut, aby podnieść rower o wadze 250 funtów + jeźdźca na 1000 stóp.)

Dla założonych 250 watów byłoby to 5,4 sekundy na jeden funt lub 22,6 minuty na 250 funtów. Spowodowałoby to osiągnięcie prędkości około 100 km na dystansie 10 000 stóp. (Należy pamiętać, że obniżenie wartości znacznie poniżej około 200 watów spowoduje, że prędkość będzie zbyt wolna, aby pozostać w pozycji pionowej, szczególnie biorąc pod uwagę, że im wolniej idziesz, tym więcej energii musisz poświęcić, próbując pozostać w pozycji pionowej.)

Oczywiście ignoruje to straty związane z wiatrem i oporem toczenia, a zatem czas potrzebny do „pokonywania odległości” na równym podłożu. Opór toczenia byłby mniej więcej taki sam jak na równym podłożu, ale opór wiatru byłby mniejszy, ponieważ poruszasz się wolniej, a opór wiatru jest na ogół większy z tych dwóch. Musisz więc dodać do powyższych czasów, może 1/2 lub 2/3 czasu, który zajęłoby ci pokonanie tej samej odległości na płaskim terenie. Dla oceny 10% byłby to czas na pokonanie 10 000 stóp lub około 1,9 mil. Przy prędkości 15 km / h byłoby to około 7,5 minuty, więc dodaj może połowę tego.

Szczury - Właśnie zdałem sobie sprawę, że pytanie dotyczyło kg i metrów ...

„Jeśli podczas jednej jazdy (10 000 metrów przy 10%) dodam 1 kg masy roweru, o ile wolniej (z czasem) będę (zakładając moc wyjściową 250 watów)?”:

To byłoby 9,81 * 1 kg * 1000 metrów * = 9810 watosekund. Przy 250 watów to 38,84 sekundy dodatkowego czasu dzięki dodaniu 1 kg.

I przychodzi mi do głowy ... że można zastosować te same obliczenia do tyłu, aby z grubsza obliczyć moc wyjściową, biorąc pod uwagę wagę, średnią prędkość i średnie nachylenie. Byłoby to prawdopodobnie bardziej dokładne niż wiele innych schematów szacowania mocy.

Jak już wskazano w innych odpowiedziach, dodatkowy kilogram jest raczej nieistotny, jeśli dotyczy wyłącznie dodatkowej potencjalnej energii, której potrzebujesz. Ale są też inne czynniki, w których może mieć mniej lub bardziej większy efekt.

Po pierwsze, twoje ciało niekoniecznie reaguje liniowo na większe obciążenie. Dopóki przebywasz w regionie, w którym możesz pokonywać podjazdy bez zauważalnego zmęczenia, będziesz tylko trochę wolniejszy z taką samą mocą wyjściową. Ale jeśli podjazd doprowadzi Cię do granic możliwości nawet bez dodatkowej masy, każdy dodatkowy gram doprowadzi Cię do limitu nieco wcześniej i utrudni kontynuację.

Ważną rolę odgrywa także masa za każdym razem, gdy trzeba ją w jakiś sposób przyspieszyć. Niektóre rzeczy, o których myślę to:

• Gładkość podjazdu: Przybliżenie, które dotyczy tylko energii potencjalnej, działa lepiej, im bardziej płynny jest podjazd. Jeśli wchodzisz na stale nachylone, utwardzone zbocze, na którym możesz założyć, że jedziesz z prawie stałą prędkością, nie powinno być dużej różnicy. Jeśli jednak jeździsz na rowerze górskim po drodze, w której masz dużo „akcji” na rowerze (wspinaj się po schodach, staraj się zachować przyczepność na luźnym podłożu, przełączaj się między bardziej stromymi i płaskimi odcinkami), może być inaczej.

• „Miejsce” dodatkowej masy: może mieć znaczenie, kiedy dodasz wagę. Największy efekt przyniesie dodatkowe obciążenie części wirujących (kół, układu napędowego). Ale i sam cięższy rower sprawi, że będzie mniej wrażliwy, co sprawi, że twoje mięśnie szybciej się męczą, jeśli będziesz musiał robić dużo rzeczy związanych z prowadzeniem roweru podczas podjazdu (dlatego jest to znowu związane z gładkością podjazdu). Jeśli zamiast tego miałbyś dodatkowy ciężar w plecaku, miałby to znacznie mniejszy efekt.

Wniosek: Z dodatkowego punktu widzenia energii potencjalnej może nie mieć większego znaczenia, ale jeśli chodzi o prowadzenie roweru lub zmęczenie bliskie swoich limitów, będzie to miało większy efekt.