8 принципів підйому на гірський перевал - Жінка та Велосипедист

Велоспорт побудований на міфі: сходження на гірські перевали. Якщо сьогодні відомі також L'Izoard та Le Tourmalet, Alpes-D'Huez та Hautacam, Le Galibier та Col de Marie-Blanque, це тому, що вони ознаменували історію велоспорту та Tour de France. Отже, поради щодо сходження на гірський перевал.

Однак піднятися на перевал на велосипеді часто є проблемою. Іноді проекти неймовірні, а успіх - це подвиг. Тут ми спробуємо зрозуміти, що таке піднятися на гірський перевал, і дамо поради, щоб допомогти тим, хто хоче досягти успіху.

Велоспорт і фізика

Ми хотіли бути серйозними і задокументувати нашу статтю посиланнями з "Механічної фізики", які багато говорять про те, чим оволодіти, коли йдеться про скелелазні перевали.

1 - Вага: основна змінна

Найперша змінна, яку потрібно взяти до уваги, настільки очевидна, що можна було б забути про неї, оскільки вона "важить" кожну мить під час підйому. Вона ніколи не забувається. Це вага.

Хоча, очевидно, легше сказати "вага", а не "маса", саме останній вираз є більш вірним «кількість речовини», що складає тіло. На місяці чи на землі, у космосі, у невагомості маса тіла велосипедиста на його велосипеді незмінна.

Однак те, що варіюється, це сила тяжіння. Кожне тіло піддається своїй дії через притягання, яке чинить земля. Ці сили на тіло називаються вагою. Отже, вага - це сила, яка пов'язує масу об'єкта та інтенсивність тяжіння, яка залишається близькою до 9,81 Н/кг на нашій планеті.

Тематичне дослідження для підйому на гірський перевал

Ця перша інформація важлива для наших двох жінок та велосипедистів, Тамари та Люсі, які прямують до вихідної точки підйому на Хаутакам.
І ось як зупинилися наші двоє велосипедистів, обидва сідаючи на свої велосипеди. Тамара на своїй троянді - 67 кг, а Люсі на кубі - 60 кг.
Вага Тамари - 657,27 Ньютона
→ 67 х 9,81 = 657,27 Н
Вага Люсі - 588,6 Ньютона.
→ 60 x 9,81 = 588,6 N

2 - Як розподіляється вага

Під час катання на гірському перевалі вага має другий наслідок. Окрім того, що він важить вертикально до дороги, нахил схилу посилює вплив сили тяжіння на систему "велосипедист-машина".

При прямолінійному русі вага велосипедиста та його велосипеда на землю, починаючи від центру ваги, здійснюється між двома точками дотику коліс із землею, на відстані "а" від заднє колесо та відстань “b” від переднього колеса.
Можна розрахувати вагу на передньому колесі: Загальна вага × a/(a + b)
Можна розрахувати вагу на задньому колесі: Загальна вага × b/(a + b)

Після проведення розрахунків можна побачити, що вага (у%) пари велосипедистів-велосипедистів знаходиться на задньому колесі

на 58%, коли руки знаходяться у верхній частині вішалки,
на 56%, коли руки перебувають на запіканках,
на 55%, коли руки знаходяться внизу вішалки.

Вага для підйому на гірський перевал

Коли схил піднімається, 65% ваги припадає на заднє колесо внаслідок зворотного зміщення землі прикладання сили тяжіння.
Ці останні елементи можуть здатися фактичними, перш ніж згадати, що велосипедист повинен застосовувати еквівалентну силу для руху. Сила, яка дозволяє йому "моторизувати" заднє колесо, на якому важить 65% ваги.

3 - Поняття праці

Щоб піднятися на гірський перевал, велосипедист виконує свою роботу. Він повинен приводити велосипед в рух і підтримувати швидкість протягом усієї їзди або підйому. У механіці ми все це визначаємо "рухом, що чиниться проти опору, чи це сила тяжіння, тертя, інерція ...". Це добуток сили та відстані.

Повертаючись до наших двох велосипедистів, вони обидва знаходяться внизу підйому Хаутакам: 14 км при вертикальному падінні 1096 м.
Для Тамари сила, яку потрібно докласти до руху, становить 720 КДж.
→ 657,27 x 1 096 = 720 072 Дж
Калорія, яка дорівнює 4,186 Дж, отже, становить 172 019 кал або 172 ккал
Для Люсі енергія, необхідна для цього, становить 645 кДж.
→ 588,6 х 1 096 = 645 000 Дж
Що дає 154000 кал або 154 Ккал.

Кількість роботи, яку потрібно виконати, щоб привести велосипедиста в рух, більша, коли велосипедист важчий. Витрати енергії також є співвідносними.

4 - Ввести поняття влади

Вийти на вершину перевалу можна різними шляхами, більш-менш швидко. У механіці поняття сили корисно для спостереження, як вироблена енергія буде передаватися від тіла велосипедиста до руху велосипеда по дорозі. Цей переказ може бути більш-менш швидко залежно від швидкості руху, що негайно впливає на швидкість руху.
Отже, сила потік енергії що виражається наступною формулою: Потужність = виконана робота/інтервал часу.
Це виражається у ватах (w). Один ват = один джоуль/секунда.

Наші два велосипедисти вирішили їхати разом. Вони прибувають на вершину Хаутакама через 1:20.
Пам'ятайте, що Тамара витрачає 720 072 джоулів, щоб досягти вершини, а Люсі - 645 000 джоулів.
Щоб досягти вершини Хаутакама за 1 год. 20 хв, Тамара виробляє 150 Вт.
→ 720 072/4800 = 150 Вт
Люсі зі свого боку, за ту саму вправу, вироблену 134 Вт.
→ 645000/4800 = 134 Вт

Якщо Люсі вирішить виробляти 150 Вт протягом усього підйому, вона добирається до вершини за 1 год 11
→ 645000/150 = 4300 с, тобто 1 год 11.
Будь-яке прискорення швидкості спричиняє більша вихідна потужність. Якщо Тамара хоче слідувати за Люсі, вона повинна виробляти 167 Вт.
→ 720 072/4 300 = 167 Вт.

Потужність та її межі

Однак добровільне збільшення сили має межі, які людський організм, його обмін речовин ставить на здібності спортсмена. Щоб зрозуміти все це, візьмемо приклад.

Для розваги Люсі вирішує піднятися на перший кілометр підйому Хаутакам якомога швидше. Вона робить це за 2 хвилини 14 секунд при перепаді висоти 74 м. Для цього досягнуто 43 556 Джоулів (10,4 Ккал)
→ 588,6 x 74 = 43 556 Дж.
Він видає потужність 325 Вт.
→ 43 556/134 = 325 Вт
Якщо він піднімається на той самий кілометр, виробляючи 150 Вт, це займає 4 хв 50 сек
→ 43 556/150 = 290 сек.

При 150 Вт він може досягти вершини за 1 год 11, з постійною швидкістю, частотою серцебиття та задишкою під контролем. При 335 Вт вона закінчує цей кілометр повністю виснаженою і не в змозі пройти набагато далі.

5 - Закон збереження енергії

Можливо, зараз саме час запровадити цей так званий закон «енергозбереження». Загальна енергія будь-якої системи, ізольованої від решти Всесвіту, залишається постійною, але енергія може трансформуватися з однієї форми в іншу всередині системи. Таким чином, велосипедист виробляє енергію за допомогою хімічних механізмів його метаболізму та за допомогою його опорно-рухового апарату. Ця виділена енергія перетворюється на потенційну енергію та/або кінетичну енергію, що дозволяє боротися проти сили тяжіння та тертя.

Трохи вище ми дізналися, що сила, яку розвиває велосипедист, еволюціонує пропорційно швидкості руху. Ми також знаємо, що здатність людини виробляти енергію для руху залежить від його метаболізму, його здатність споживати кисень, його VO2Max.

Зрештою, кожна людина може виробляти лише ту силу, яку дозволяє її організм. А це означає, що для кожного з нас існує максимальний рівень потужності.

6 - Індивідуальні межі метаболізму

Тамара та Люсі провели тести для вимірювання їх VO2max. Здається, максимальна механічна потужність, досягнута при досягненні VO2 max, становить 260 Вт для Тамари та 325 Вт для Люсі.

На цьому етапі правила чіткі - і якщо вони були забуті, схильність швидко згадує їх. Збільшення швидкості підйому має метаболічні наслідки: організм вже не в змозі забезпечувати кисень, необхідний йому для функціонування; випливає поступове збільшення рівня лактатемії спричиняючи передчасне припинення діяльності. Загалом, межа, при якій збільшується закислення м’язів, становить 80% ПДК. Таким чином, з метаболічної точки зору, підйом проходу здійснюється "комфортно" до 80% від MAP.

У наведеній нижче таблиці, складеній за шкалою інтенсивності ESIE, визначеною Ф. Граппе, визначено обмеження метаболізму двох наших гірських жінок.

Люсі може зручно піднятися на комір, не потрапляючи в "червоний", в інтервалі до Від 260 до 276 Вт
Тамарі комфортно поруч Від 200 до 220 Вт.

Повертаючись до Хаутакама, теоретичні показники наших двох велосипедистів можуть бути такими:
Для Люсі продуктивність від 39 хв (276 Вт) до 41 хв (260 Вт)
→ 645000/260 = 2480 сек.; 645000/276 = 2337 сек.
Для Тамари вистава від 55 хв (220) до 60 хв (200 Вт)
→ 720 072/200 = 3600 сек; 720 072/220 = 3273 сек;

7- Вибір передачі

Велосипед є технологічним об’єктом par excellence. Передача потужності велосипедисту можлива завдяки система змінної передачі. Це ідеальний об'єкт модулювати передачу сили від велосипедиста до його руху.

Передавальне число - це співвідношення між кількістю зубів на ланцюговому кільці та кількістю зубів на коронці вільного ходу. З кожним поворотом педалі можна виміряти відстань, пройдену велосипедом. Таким чином, розвиток вимірюється множенням окружності колеса на використане передавальне число. (Розвиток = Br x 2 𝛑 r). Виміряна довжина - це конкретний результат зусиль велосипедиста.

Наприклад (700 шин на 23 колеса):
-> передача 34/30 дозволяє проїхати 2,42 м за обертання педалі.
-> шестерня 50/11 дозволяє подолати 9,70 м за хід педалі.

У таблиці нижче ми спробуємо визначити, які передачі можна або навіть бажано використовувати для досягнення вершини Хаутакама відповідно до метаболічного профілю наших двох велосипедистів.

Ця таблиця цікава тим, що вона говорить нам, що для однакової передачі прискорення частоти обертання педалей дозволяє пришвидшити рух і скоротити час підйому на гірський перевал.

8 - Частота обертання педалей

Частота обертання педалей повинна бути сумісною з функціонуванням м'язів, маючи енергетичний потік, сумісний з його можливостями. Це те, що ми розглядаємо в цьому восьмому пункті.

Повторимо спостереження: чим більша сила, що застосовується, тим повільніший рух. Це відбувається, якщо Тамара хоче використовувати передачу 42/25. Сила, яку потрібно прикласти, настільки важлива, що вона повинна зменшити частоту кручення педалей.
Отже, для велосипедиста буде компроміс між зусиллям, що прикладається до педалі, та частотою обертання педалей, завдяки розумному використанню передач, які дозволяють якнайкраще скористатися співвідношенням сили та швидкості.

Вплив частоти обертання педалей на поглинання кисню вимірювали в лабораторії. Виявляється, для даної потужності існує "ідеальний" ƒp для мінімізації споживання кисню. Ця ідеальна частота становить приблизно від 40 до 60 поворотів кривошипа в хвилину (об/хв) для велосипедистів, які мало тренуються. Він вищий у добре підготовлених велосипедистів у діапазоні від 60 до 80 об/хв

У бігунів частота спонтанного кручення педалей завжди перевищує ідеальну частоту, особливо при великому навантаженні. Все це можна пояснити необхідністю сприяти зменшенню м'язових обмежень, навіть якщо це означає збільшення метаболічних витрат.

На закінчення можна сказати, що існує оптимальний діапазон частот обертання педалей між двома межами (рисунок 14.11). Нижня межа складається з периферійних обмежень, особливо м'язових, і становить близько 40-50 обертів кривошипа в хвилину. Верхня межа накладається на серцево-респіраторний стрес та труднощі з хорошою руховою координацією.

Таким чином, на вміння і знання того, як піднятись на велосипеді, впливає багато факторів, якими велосипедист повинен оволодіти, щоб досягти вершини.