Чи впливає передавальне число на кінську силу

Дозвольте мені розпочати з того, що, можливо, це не правильний ПЕ. Я розглядав питання про фізику ПЕ, але думав, що спочатку спробую спробувати. Якщо це неправильно, я не проти його міграції.

З основних принципів фізики потужність обчислюється як робота/час. Тож розглянемо систему велосипедистів та велосипедистів, що піднімаються на пагорб. Виконана робота - це різниця потенціалів знизу вгору, і очевидно, що час буде часом зростання.

Тепер моє запитання:

Враховуючи того самого гонщика, однакову вагу велосипеда та однаковий час підйому, чи впливає ваше спорядження на кінську силу? Також припустимо, що підйом є ефективним, відсутність слизьких шин, нормальне кручення педалей тощо.

З фізичної точки зору, я очікую, що відповідь буде ні. Однакова різниця потенціалів, той самий час, однакова потужність. Однак, з точки зору вершника, я знаю, здається, набагато більше сили використовується для підйому з більш жорсткою передачею.

Я думаю, що відповідь полягає в тому, що диспропорція походить від ідеалізації системи. Якщо ми розглядаємо велосипед як замкнену систему, ми очікуємо, що вся енергія, що вкладається в велосипед, несе його на гору, але це не так. Крім того, я вважаю, що неефективність людського організму буде актуальною. Однак я все ще не можу вирішити проблему.

Думаю, ви маєте на увазі ефективність, а не потужність.

На мій погляд, основний компроміс полягає у збільшенні біомеханічних втрат при більших обертах за хвилину (головним чином тертя м’язів) та зменшенні кровотоку при вищих силах при менших обертах. Баланс залежить як від бігуна, так і від тривалості.

У журналі IHPVA Journal of Human Power номер 45 (pdf, індекс тут) є стаття під назвою "Максимальна людська сила", де вони говорять про те, що Тайлер Гамільтон виграв сходження на гору Вашингтон за 51 хвилину:

"Однак він зробив добру частину підйому, проте, у гвинтику з 23 зубами, і зробив кілька стрибків у 21". Якби у нього були 700-міліметрові колеса, як здається ймовірним, його середній такт був би 63 об/хв.

Статтю в цілому варто прочитати, і може бути корисно переглянути індекс подібних статей.

З іншого боку, найкращі спринтери часто перевищують 150 об/хв у фінальному спринті. На даний момент вони торгують біомеханічною ефективністю для пікової потужності. Раніше я досягав максимуму в 900 Вт протягом 10 секунд (> 8 Вт/кг) приблизно при 130 об/хв, але при моїй погодинній продуктивності близько 350 Вт використовувався каденс близько 80-90 об/хв. Хв.

Реальна відповідь специфічна для вас. Це буде залежати від вашої форми тіла, типу м’язів, фізичної форми та інших факторів. Це також питання, яке найкраще відповідає досвіду і повинно бути частиною вашого графіка тренувань, якщо ви змагаєтесь. Якщо ні, я пропоную вам знайти підйом, який ви регулярно піднімаєте, і вести журнал тренувань .

Також багато говорили про зволоження при тривалих підйомах. Чи краще зволожувати і починати важче, або бігти злегка зневодненим, щоб менше важити? IIRC дійшов висновку, що гідратація була кращою, але я не можу знайти орієнтир.

За 300-500 метрів до початку підйому, коли він ще рівний, і я встигаю випити, відкласти пляшку і відригати перед підйомом. Я також натягую довгі рукави, тим краще для охолодження. Ви збираєтеся нести пляшку, лише питання в тому, чи є вода у вас чи в пляшці. І багато підйомів не мають джерела води на вершині.

Ну, це залежить від "потужності", яку ви вимірюєте:-).

Очевидно, що сила, яку здійснює велосипед в цілому, однакова - якщо він рухається з однаковою швидкістю, це однакова сила.

Однак сила, якою володіє ваше тіло, цілком може бути різною з ряду причин:

М’язи, швидше за все, мають швидкість і рівень сили там, де вони найбільш ефективні, тому хімічна енергія/сила, яку ваше тіло має докладати для руху м’язів, буде іншою.
Різні процеси втрати енергії внаслідок вигину, тертя тощо. можливо буде різним залежно від передач. Наприклад, на нижчих передачах буде швидший рух ланцюга (отже, більше тертя), з іншого боку, натяг ланцюга буде меншим, що, ймовірно, зменшує тертя. Крім того, на нижчих передачах вигин рами у відповідь на сили ланцюга, ймовірно, буде нижчим.

У мене склалося враження (хоча у мене немає джерел, які б мене підтримували), що загалом людська система є найбільш енергоефективною (тобто найкращим співвідношенням потужності педалі до напруги) при каденціях близько 90-100 об/хв, отже, саме такий вершник слід прагнути.

Цікаво, що найкращий каденс для максимальної потужності, мабуть, набагато нижчий, саме тому професійні велосипедисти будуть використовувати високі швидкості та низькі каденції для спринтів - але це набагато втомливіше, ніж вищі каденції, настільки неефективні на великих відстанях.

Можливо, це різниця між, як ви це називаєте, "ізотонічною" роботою та "ізометричною" роботою.?

Я маю на увазі, наприклад, це вимагає великих зусиль, щоб людина (сила, сила чи робота) намагалася рухати нерухомий предмет: натискати на стіну чи щось інше.

На занадто високій передачі ти штовхаєш і штовхаєш і нікуди не рухаєшся (багато сил, щоб нікуди не їхати => 0% ефективності).

На занадто низькій передачі це занадто легко: ви обертаєтесь проти жодного опору; швидкість віджимання обмежена приблизно 120 об/хв, тобто вона не може зростати безкінечно; отже (низька сила та обмежені оберти в хвилину) ви обмежені в потужності, яку ви вкладаєте (це менше, ніж ваша теоретична максимальна потужність).

Може існувати ефективний `` каденс '' (можливо, 90 об/хв), який ви можете використовувати на всіх місцевостях (високий, низький, рівний), і правильна річ (правильний шлях). `` Використовуйте свої передачі) постійно регулювати передачу для місцевості, щоб: а) підтримувати постійний та ефективний каденс (наприклад, 90 об/хв); б) підтримувати достатньо високу силу/потужність у цьому каденсі (наприклад, якщо це здається занадто легким, переключіться на вищу передачу, або якщо це занадто складно, перейдіть на нижчу передачу, щоб підтримати каденс).

Звичайно, передавальне число впливає на "потенційну" кінську силу, яку ви можете виробляти. Враховуйте максимум м’язових зусиль, піднімаючись на круту височину. Нехтуючи тертям ланцюга та іншими побічними ефектами, ви найшвидше підніметеся на пагорб із найбільшою потужністю, яку можуть виробляти ваші м’язи. Зверніть увагу, що кінська сила = kx крутний момент x каденція (де k - це лише константа, яка визначає одиниці потужності (вати, кінські сили тощо). Припустимо, ви їдете на занадто високій передачі, на якій ви не можете рухатися вперед (ваш каденс). При 0 каденції ваш крутний момент максимально можливий, а ваша кінська сила дорівнює 0. Коли ви збільшуєте свій такт (за рахунок зниження передавального числа), ваш крутний момент зменшується. Однак добуток крутного моменту і каденції (який пропорційний По мірі того, як ви продовжуєте збільшувати свій каденс, знижуючи передавальне число, ви врешті-решт досягнете енергетично оптимального каденсу (EOC). При EOC потужність, яку можуть виробляти ваші м'язи, максимальна. Збільшення каденції над EOC зменшить ваш максимальна потенційна потужність.

Підсумок: Виберіть передавальне число, яке дозволяє повертати якомога ближче до EOC. Ви підніметесь на найшвидший пагорб у такому темпі.

Примітка: Крива потужності/каденції виглядає як перевернута страва. Це прямий результат роботи Арчібальда Вівіан Хілл, який отримав Нобелівську премію за свою роботу з цієї та багатьох інших тем з біофізики. Також зауважте, що пікова витривалість, ймовірно, настає при меншому каденсі, ніж EOC.

Тут задіяно кілька факторів, тому не всі відповіді є однозначними. Перш за все, як зазначив Леон, ви не отримуєте ніякої потужності на колесах, коли шестерня настільки важка, що ви не можете рухатися. І ви отримуєте неймовірно низьку кінську силу на колесах, коли передавальне число настільки легко, що ви крутитеся на 200 об/хв.

Але що важливіше, СЕРЕДНЯ потужність протягом певного періоду сильно залежить від деталей роботи м’язів. В основному існує вправа AEROBIC проти ANAEROBIC. Зі звичайним вершником із нормальним вмістом цукру в крові будь-яка їзда понад 80 об/хв буде в основному аеробною, а будь-яка їзда (посередині) нижче приблизно 60 об/хв матиме анаеробну форму. Аеробні вправи спалюють рівень цукру в крові, але анаеробні вправи спалюють глікоген, що зберігається в м’язах.

Протягом коротких проміжків часу (скільки часу залежить від інтенсивності фізичних вправ і кровотоку) здорові м’язи можуть спалювати глікоген приблизно так само ефективно, як і цукор у крові, але кількість глікогену, що зберігається в них, достатня лише для 15-30 хвилин вправи високої інтенсивності (хоча при тренуванні, спеціально націленому на збільшення запасів глікогену в організмі, це можна збільшити до декількох годин).

Таким чином, катання на "жорсткій" передачі, яка виробляє низькі обороти швидше виснажує м'язовий глікоген і призводить до швидшої втоми. І очевидно, що коли ви втомлюєтесь, потенція знижується. (І звичайно, їзда на занадто «легкій» передачі призводить до надмірно високих оборотів, а середній «оптимальний» обертів вершника зазвичай менше 100.) У проміжку часу ви торгуєте помірним споживанням глікогену для м’язової сили. Дещо збільшився. може бути досягнуто залученням м’язів із «повільним посмикуванням» та деякими іншими факторами. (Майте на увазі, що вам потрібен глікоген для короткочасних ситуацій з високим стресом, таких як підйом на короткий крутий пагорб без переключення передач. Ви можете насправді поранити м’язи за певних обставин, якщо глікоген повністю виснажений).

(І є також сенс врахувати, що у чутливих людей травми коліна можуть бути спричинені рутинним використанням обладнання, яке є занадто складним).

Наскільки мені відомо, не повинно. Найпростіше пояснення полягає в тому, що вихідна потужність дорівнює потужності, помноженій на ефективність (ефективність - це втрата енергії внаслідок тертя, опору повітря, опору коченню, тепла тощо). Перемикання передач не змінює кінських сил (ця частина повністю на вас) і механічної ефективності. Тому вихідна потужність не змінюється.

Трохи глибше потужність - це загальна робота, виконана за загальний час (P_avg = ΔW/Δt). У цьому випадку ми розглядаємо його за однакової тривалості, тому Δt є постійним. У контексті обертання W - крутний момент (сила обертання), що діє, помножений на кутову швидкість (швидкість обертання), або W = τθ. Шестерня буде змінювати лише відношення крутного моменту до кутової швидкості, зберігаючи постійну робочу потужність. Іншими словами, для перемикання вгору може знадобитися вдвічі більше крутного моменту, але педалі повертатимуться вдвічі швидше. Більш низька передача може змусити вас повернутись удвічі швидше, але ви будете використовувати половину крутного моменту. Оскільки робоча потужність однакова, вихідна потужність однакова.

Як це впливає на швидкість коліс? Ну, той самий W = τθ впливає і на ваші колеса, але в зворотному напрямку (ваші колеса бачать це назад: уявіть, якщо ви крутили педалі на зірочці, а колеса були прикріплені до нижньої скоби). Більш низька передача додасть більше крутного моменту на колеса (дозволяючи високе прискорення), але матиме відповідну низьку кутову швидкість (швидкість обертання). Більш висока передача не призведе до великого крутного моменту на колесах (саме тому так важко прискорюватися), але змусить їх крутитися, як божевільні. Тож в ідеалі перебування на максимально можливої швидкості дасть вам найкращу швидкість.

Однак саме тут потрапляє людський організм. У нас є дві взаємодоповнюючі системи для вироблення енергії: серцево-судинна система, яка виробляє менше енергії, але протягом дуже тривалих періодів часу, і м’язова система, що перевершує, щоб виробляти високу потужність, але лише на короткий проміжок часу. В ідеалі, коли ви не спринтуєтесь, ви хочете, щоб обидві системи виробляли стільки енергії, скільки зможуть впоратись. Сума цих кінських сил (за вирахуванням втрат на ефективність) буде вашою загальною кінською силою, а зміна висоти, опору коченню та аеродинаміки визначатиме, яка частина цієї кінської сили в кінцевому підсумку буде використана для крутного моменту проти відстані (і, отже, вашого передавального числа) .