Czy przełożenie przekładni wpływa na moc?

Przedmówię, mówiąc, że może to nie być właściwe SE. Zastanawiałem się, czy nie poprosić o fizykę SE, ale pomyślałem, że najpierw mogę spróbować. Jeśli jest źle, nie jestem przeciwny migracji.

Na podstawie podstawowych zasad fizyki moc oblicza się jako pracę / czas. Rozważ więc system jeźdźca i rower wspinający się na wzgórze. Wykonana praca jest różnicą potencjału od dołu do góry i oczywiście czas będzie czasem wspinania się.

Teraz moje pytanie brzmi:

Biorąc pod uwagę tego samego jeźdźca, tę samą masę roweru i ten sam czas wspinaczki, czy twój bieg wpływa na moc? Załóż również, że wspinaczka jest wydajna, bez poślizgnięcia opon, normalnego pedałowania itp.

Z fizycznego punktu widzenia oczekuję, że odpowiedź brzmi „nie”. Ta sama różnica potencjałów, ten sam czas, ta sama moc. Jednak z perspektywy rowerzysty wiem, że z pewnością wydaje się, że do pokonania trudniejszego przełożenia używa się znacznie więcej mocy.

Oczekuję, że odpowiedź jest taka, że ​​dysproporcja wynika z idealizacji systemu. Jeśli uznamy rower za zamknięty system, oczekujemy, że cała energia włożona do roweru przenosi go pod górę, ale tak nie jest. Ponadto uważam, że nieefektywność ludzkiego ciała będzie istotna. Nadal jednak nie mogę rozwiązać pytania.

Podejrzewam, że masz na myśli wydajność, a nie moc.

Moim zdaniem głównym kompromisem jest zwiększenie strat biomechanicznych przy wyższych obrotach (w zasadzie tarcie mięśni) i zmniejszenie przepływu krwi przy wyższych siłach przy niższych obrotach. Bilans zależy zarówno od zawodnika, jak i od czasu jego trwania.

W IHPVA Journal of Human Power, wydanie 45 (pdf, indeks tutaj ) to artykuł o nazwie Maximum Human Power, w którym mówią o Tylerze Hamiltanie wygrywającym wspinaczkę na Mount Washinton w 51 minut:

„Przejechał jednak większą część wspinaczki 23-zębowym trybikiem i dokonał kilku skoków w 21.” Gdyby miał koła o średnicy 700 mm, jak się wydaje, jego średnia kadencja wyniosłaby 63 obr./min.

Cały artykuł jest wart przeczytania i warto przejrzeć indeks podobnych artykułów.

Drugą stroną jest to, że najlepsi sprinterzy często osiągają wyniki powyżej 150 obr / min w ostatnim sprincie. W tym momencie handlują wydajnością biomechaniczną dla mocy szczytowej. Kiedyś osiągałem szczyt przy ponad 900 W przez 10 sekund (> 8 W / kg) przy około 130 obr./min, ale moja godzinna wydajność około 350 W wykorzystywała kadencję około 80-90 obr./min.

Prawdziwa odpowiedź jest specyficzna dla Ciebie. Będzie to zależeć od kształtu ciała, rodzaju mięśni, kondycji i innych czynników przejściowych. Jest to również pytanie, na które najlepiej odpowiedzieć eksperymentalnie i powinno być częścią twojego harmonogramu tr4aining, jeśli konkurujesz. Jeśli nie, proponuję znaleźć wspinaczkę, na którą regularnie jeździsz i prowadzić dziennik treningowy .

Dużo dyskutowano również na temat nawodnienia podczas długich podjazdów. Czy lepiej jest nawadniać i zaczynać cięższe, czy też biegać lekko odwodnione, aby ważyć mniej? IIRC doszedł do wniosku, że nawodnienie było lepsze, ale nie mogę znaleźć odniesienia.

Biorąc pod uwagę tego samego jeźdźca, tę samą masę roweru i ten sam czas wspinaczki, czy twój bieg wpływa na moc? Załóż również, że wspinaczka jest wydajna, bez poślizgnięcia opon, normalnego pedałowania itp.

To zależy od tego, jaką „moc” mierzysz :-).

Oczywiście moc wywierana przez rower jako całość jest taka sama - jeśli porusza się z tą samą prędkością, to ta sama moc.

Jednak moc wywierana przez twoje ciało może być inna z różnych powodów:

• Mięśnie prawdopodobnie mają prędkość i poziom siły tam, gdzie są najbardziej wydajne, więc energia / moc chemiczna, którą twoje ciało musi wywierać, aby wywołać ruch mięśni, będzie inna.
• Różne procesy utraty energii spowodowane zginaniem, tarciem itp. Będą prawdopodobnie różne w zależności od przekładni. Np. Na niższych biegach nastąpi szybszy ruch łańcucha (a więc większe tarcie), z drugiej strony napięcie łańcucha będzie niższe, co prawdopodobnie zmniejsza tarcie. Również na niższych biegach wyginanie ramy w odpowiedzi na siły łańcucha prawdopodobnie będzie mniejsze.

Mam wrażenie (choć nie mam źródeł, które mogłyby mnie poprzeć), że ogólnie system ludzki jest najbardziej energooszczędny (tj. Najlepszy stosunek mocy pedału do wysiłku) przy kadencji około 90-100 obr / min, więc to powinien być rowerzysta dążyć do.

Co ciekawe, najlepsza kadencja dla maksymalnej mocy jest najwyraźniej znacznie niższa, dlatego zawodnicy używają wysokich biegów i niskich kadencji do sprintu - jest to jednak znacznie bardziej męczące niż wyższe kadencje, więc nieefektywne na długich dystansach.

Może to różnica między, jak to nazywasz, pracą „izotoniczną” a „ izometryczną ”?

Mam na myśli to, że na przykład człowiek wymaga wiele wysiłku (siły, mocy lub pracy), aby spróbować poruszyć nieruchomy przedmiot: przycisnąć się do ściany lub czegoś innego.

Na zbyt wysokim biegu pchasz, pchasz i nigdzie nie jedziesz (dużo mocy, by nigdzie nie iść = sprawność> 0%).

Na zbyt niskim biegu jest to zbyt łatwe: obracasz się bez oporu; twoja prędkość wirowania jest ograniczona do ~ 120 RPM, czyli nie może wzrosnąć w nieskończoność; dlatego (niska siła i ograniczona prędkość obrotowa) masz ograniczoną ilość mocy, którą wypuszczasz (to mniej niż teoretyczna maksymalna moc).

Być może istnieje skuteczna „ kadencja ” (być może 90 obr./min.), Którą możesz chcieć zastosować na każdym terenie (w górę, w dół, na poziomie), a właściwą rzeczą (właściwy sposób korzystania z biegów) jest ciągłe dostosowywanie biegów dla teren w celu: a) utrzymania stałej, skutecznej kadencji (np. 90 RPM); b) utrzymywać wystarczająco wysoką moc / moc wyjściową w tej kadencji (np. jeśli wydaje się to zbyt łatwe, przełącz na wyższy bieg, lub jeśli jest to zbyt trudne, przełącz na niższy bieg, aby utrzymać kadencję).

Oczywiście przełożenie przekładni wpływa na „potencjalną” moc, którą można wytworzyć. Rozważ maksymalny wysiłek mięśniowy, aby wejść na strome wzgórze. Pomijając tarcie łańcuchowe i inne efekty wtórne, wejdziesz na wzgórze najszybciej, przy największej mocy, jaką twoje mięśnie mogą wytworzyć. Zauważ, że moc = kx moment x kadencja (gdzie k jest po prostu stałą, która określa jednostki mocy (waty, moc itp.). Powiedzmy, że jedziesz na zbyt wysokim biegu, abyś nie mógł poruszać się do przodu na wzgórze (twoja kadencja wynosi 0.) Przy kadencji 0 twój moment obrotowy jest na maksymalnym możliwym poziomie, a twoja moc wynosi 0. Wraz ze wzrostem kadencji (przez obniżenie przełożenia) twój moment obrotowy maleje. wzrasta kadencja (która jest proporcjonalna do mocy). W miarę zwiększania kadencji poprzez obniżanie przełożenia przekładni ostatecznie osiągniesz optymalną energetycznie kadencję (EOC). W EOC moc wytwarzana przez mięśnie jest maksymalna. Zwiększenie kadencji powyżej EOC zmniejsza maksymalną moc potencjalną.

Dolna linia: Wybierz przełożenie, które pozwala obrócić się jak najbliżej EOC. Najszybciej wspinasz się po stromym wzgórzu w tej kadencji.

Uwaga: Krzywa moc względem kadencji wygląda jak odwrócona parabola. Jest to bezpośredni wynik pracy Archibalda Vivian Hill, który zdobył nagrodę Nobla za swoją pracę nad tym i wieloma innymi tematami z biofizyki. Należy również pamiętać, że maksymalna wytrzymałość prawdopodobnie występuje przy kadencji mniejszej niż EOC.

W grę wchodzi kilka czynników, więc żadna odpowiedź nie jest prosta. Po pierwsze, jak zauważył Leon, koła mają zerową moc, gdy bieg jest tak twardy, że nie można się poruszać. A koła zyskują znikomo małą moc, gdy przełożenie jest tak łatwe, że obracasz się z prędkością 200 obr./min.

Ale co ważniejsze, ŚREDNIA moc w danym okresie czasu jest wysoce zależna od szczegółów działania mięśni. Przede wszystkim istnieje ćwiczenie AEROBIC vs. ANAEROBIC. Przy przeciętnym jeźdźcu, z normalnym poziomem cukru we krwi, każda jazda powyżej około 80 RPM będzie w dużej mierze aerobowa, a każda (trudna do połowy) jazda poniżej około 60 RPM będzie miała duży kawałek beztlenowy. Ćwiczenia aerobowe spalają cukier we krwi, ale ćwiczenia beztlenowe spalają glikogen zgromadzony w mięśniach.

Przez krótkie okresy czasu (jak krótkie w zależności od intensywności ćwiczenia i przepływu krwi) mięśnie w dobrym zdrowiu mogą spalać glikogen równie skutecznie jak glukoza we krwi, ale ilość glikogenu przechowywana w mięśniach wystarcza tylko na 15-30 minut ćwiczeń o wysokiej intensywności (chociaż trening ukierunkowany specjalnie na zwiększenie zapasów glikogenu w organizmie może być wydłużony do kilku godzin).

Zatem jazda na „trudnym” biegu, który wytwarza niskie obroty, szybciej wyczerpuje glikogen mięśniowy i prowadzi do szybszego zmęczenia. I oczywiście, kiedy się męczysz, Twoja moc wyjściowa spada. (I oczywiście jazda na zbyt „łatwym” biegu powoduje nadmiernie wysokie obroty, a „optymalne” obroty przeciętnego jeźdźca są na ogół poniżej 100.) W międzyczasie wymieniasz niewielkie zużycie glikogenu w porównaniu do nieco zwiększonej siły mięśni można uzyskać, angażując mięśnie „powolnego drgania” i kilka innych czynników. (Pamiętaj, że potrzebujesz glikogenu do krótkich, bardzo wymagających sytuacji, takich jak wspinaczka na krótkim, stromym wzgórzu bez redukcji biegu. W niektórych okolicznościach możesz faktycznie zranić mięśnie, jeśli glikogen jest całkowicie wyczerpany.)

(I należy również wziąć pod uwagę, że u podatnych osób można spowodować kontuzję kolana poprzez konsekwentne stosowanie zbyt trudnego sprzętu).

W moim rozumieniu nie powinno. Najprostszym wyjaśnieniem jest to, że moc wyjściowa jest równa mocy w funkcji czasu (wydajność oznacza utratę energii z powodu tarcia, oporu powietrza, oporu toczenia, ciepła itp.). Zmiana biegów nie zmienia mocy (ta część jest na tobie), ani nie zmienia wydajności mechanicznej. Dlatego moc wyjściowa nie zmienia się.

Dla nieco głębszego, moc jest całkowitą pracą wykonaną przez całkowity czas ( P_avg = ΔW/Δt). W tym przypadku bierzemy pod uwagę identyczny czas trwania, więc Δtjest stały. W kontekście obrotowym Wjest momentem obrotowym (siłą obrotową) wywieranym przez prędkość kątową (prędkość obrotową) lub W = τθ. Przekładnia zmieni jedynie stosunek momentu obrotowego do prędkości kątowej, utrzymując stałą wydajność pracy. Innymi słowy, przejście na wyższy bieg może wymagać dwukrotnie większego momentu obrotowego, ale pedały obracają się o połowę szybciej. Niższy bieg może pozwolić ci obracać się dwa razy szybciej, ale będziesz używał połowy momentu obrotowego. Ponieważ moc wyjściowa jest taka sama, moc wyjściowa jest taka sama.

Jak to wpływa na prędkość koła? Cóż, to samo W = τθdotyczy również kół, ale na odwrót (koła widzą to do tyłu: wyobraź sobie, że pedałowałeś na zębatce, a koła były przymocowane do suportu). Niższy bieg spowoduje większy moment obrotowy na kołach (umożliwiając duże przyspieszenie), ale będzie miał odpowiednio niską prędkość kątową (prędkość obrotową). Wyższy bieg nie nakłada dużego momentu obrotowego na koła (dlatego tak trudno jest przyspieszyć), ale powoduje, że obracają się jak szalone. Tak idealnie, mając możliwie najwyższy bieg, uzyskasz największą prędkość.

Jednak to tutaj wchodzi ludzkie ciało. Mamy dwa uzupełniające się systemy generowania mocy: układ sercowo-naczyniowy, który wytwarza mniej mocy, ale przez bardzo długi czas, oraz układ mięśniowy, który wyróżnia się wytwarzaniem dużej mocy, ale tylko przez krótki okres czasu. Idealnie, gdy nie biegniesz, chcesz, aby oba systemy wytwarzały tyle mocy, ile mogą wytrzymać. Suma tej mocy (minus straty wydajności) będzie twoją całkowitą mocą wyjściową, a zmiana wysokości, opór toczenia, a twoja aerodynamika określi, jaka część tej mocy zostanie ostatecznie wykorzystana dla momentu obrotowego w funkcji odległości (a zatem twojego przełożenia) .

Mam nadzieję, że to pomaga.

Nie, przełożenia i wzmocnienia nie wpływają na moc. Chociaż masz rację, zakładając, że czułoby się inaczej niż jeździec, jeśli pozostałe trzy zmienne są równe, to wskaźnik mocy będzie taki sam. W takim przypadku, przy „łatwiejszym” przełożeniu, kadencja wymagałaby znacznego zwiększenia, aby utrzymać ten sam czas wznoszenia (prędkości), a jeśli jeździec jest identyczny, wówczas tempo pracy jest identyczne. Wzrost prędkości pedałowania stanowi różnicę w wydatkach na moc w porównaniu z „twardszym” sprzętem o niższej kadencji.