Как рассчитать мощность, необходимую для подъема в гору с заданной частотой вращения педалей?

Предположим, я еду с частотой 50 об/мин в течение 10 минут с передаточным числом 39x23 на холме с уклоном 10%. Существует ли простая формула для расчета требуемой выходной мощности?

Вам нужно знать, какой крутящий момент прилагается, в дополнение к оборотам. Или вы можете просто рассчитать мощность, необходимую для подъема на заданный уклон с заданной скоростью. (Лично я на 10-процентном подъеме просто благодарен за то, что могу продолжать движение.)
Как я могу узнать свой крутящий момент?
Прикрепите динамометрические ключи вместо шатунов и считывайте показания несколько раз за один оборот. (Что означает, что это трудная проблема.)
Могу ли я рассчитать мощность, разделив сожженные калории на потраченное время?
Рик: Да, но вам также нужно учитывать общую метаболическую эффективность при преобразовании между сожженными калориями и мощностью. В целом, GME колеблется от 20% до 25%. Так получилось, что 1 калория = 4,184 джоуля, или 1 джоуль = 0,239 калории, поэтому общее эмпирическое правило состоит в том, чтобы принять GME равным 23,9%, и в этом случае количество пищевых калорий (= калория, = 1000 калорий = 1 килокалория) примерно соответствует 1 килоджоулю. Как правило, легче оценить работу в джоулях (или килоджоулях), чем оценить расход калорий, поэтому преобразование обычно происходит в обратном направлении: мощность -> калории.
А джоуль это один ватт*секунда.
Итак, ватт — это джоуль/сек. Итак, если у вас была очень хорошая оценка потраченных пищевых калорий (= килокалорий), вы могли бы использовать «эмпирическое правило преобразования», чтобы сказать, что это эквивалентно количеству потраченных килоджоулей, и разделить на прошедшее время в секундах, чтобы получить средняя мощность в ваттах. На практике трудно получить точную оценку потраченных калорий, но, особенно на велосипеде, иногда можно получить точную оценку мощности (например, при подъеме в гору). Это дает хорошую оценку килоджоулей, и вы можете затем преобразовать это в потраченные пищевые калории.
Это зависит от вас, гонщика, мотоцикла и многих других факторов. Попробуйте использовать этот калькулятор здесь: bikecalculator.com

Ответы (5)

Вы не предоставляете достаточно информации в своем конкретном вопросе (то есть «50 об / мин в течение 10 минут с 39x23 с 10% подъемом»), чтобы дать полный ответ в абсолютном выражении, но если мы предположим, что вы едете на 700c стандартного размера велосипеде достаточно информации, чтобы сделать хорошую оценку в относительном выражении.

Сначала я дам краткий ответ, затем дам эмпирическое правило, которое легко рассчитать и которое даст вам примерно 10%, а затем более подробный ответ.

Краткий ответ на ваш вопрос в относительном выражении: ~ 3 Вт/кг общей массы. Чтобы преобразовать это в общие абсолютные ватты, вы просто умножаете 3 Вт/кг на общую массу (в кг) вас, вашего велосипеда и всего снаряжения, которое вы несете. Например, если вы весите 70 кг, а ваш велосипед и все его оборудование вместе весят еще 10 кг, потребуется примерно 3 * (70+10) = 240 Вт. Если вы весите 70 кг, это означает, что вам нужно производить 240/70 = ~ 3,4 Вт/кг массы тела. Для сравнения, 3,4 Вт/кг в течение 10 минут — неплохая выходная мощность для обычного велосипедиста-любителя; при обычной прогулке по ровной поверхности люди потребляют в среднем около 1 ватт/кг, в то время как профессиональный велосипедист может потреблять в среднем более 5 ватт/кг в час.

Эмпирическое правило, используемое для преобразования скорости в мощность на крутых холмах, таково: на крутом холме умножьте уклон холма на вашу скорость в км/ч, а затем на ~ 3. Если вы измеряете свою скорость в милях в час, умножьте на 5. а не 3. Это даст вам приблизительную оценку количества ватт/кг, которое вам нужно произвести. Например, если вы поднимаетесь на 10-процентный холм с передаточным числом 39/23 и 50 об/мин на велосипеде стандартного размера, вы едете со скоростью ~ 11 км/ч (или около 6,5 миль в час). Таким образом, 10% * 11 км/ч = 1,1, а 1,1 * 3 = 3,3 Вт/кг. В качестве альтернативы, если вы измеряете скорость в милях в час, 10% * 6,5 миль в час = 0,65 и 0,65 * 5 = 3,25 Вт/кг. По сути, все, что вам нужно запомнить для этого эмпирического правила, — это число 3, если вы измеряете скорость в км/ч, или 5, если вы измеряете скорость в милях в час.

Как я преобразовал ваш каденс на определенной передаче в скорость? На стандартном велосипеде нормального размера заднее колесо «700c» имеет окружность ~ 2100 мм (= ~ 2,1 метра). Если вы крутили педали со скоростью 50 об/мин на передаче 39/23, то (50 об/мин) * (39/23) * (60 минут/час) * (2,1 метра) = ~ 10700 метров/час или 10,7 км/час, или 6,6 миль в час.

А теперь более полное объяснение. Уравнение преобразования скорости в мощность хорошо известно. Общая потребляемая мощность состоит из четырех частей:

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)

Из них самая простая часть — это сила, необходимая для преодоления перепадов высоты, о которой, к счастью, в данном случае вы спрашивали. На крутом склоне ваша скорость низкая, а аэродинамические и другие силы сопротивления, как правило, малы по сравнению с подъемной частью. Мощность, необходимая для учета изменения потенциальной энергии, проста:

ватты (PE) = уклон * скорость в метрах/сек * общая масса * 9,8 м/сек^2

или же

ватт/кг = уклон * скорость в метрах/сек * 9,8 м/сек^2

Итак, все, что нам нужно, это получить скорость в м/с. Если у вас есть велокомпьютер, который считывает данные в км/ч, вам нужно разделить км/ч на 3,6, чтобы получить м/с, и умножить на 9,8. Если ваш велокомпьютер показывает в милях в час, разделите милю в час на 2,25 и умножьте на 9,8. Если вы сделаете это, вы увидите, что результирующие константы примерно равны 3 (для км/ч) и 5 ​​(для миль в час), как указано в эмпирическом правиле выше.

Я не понимаю, как ваша первая формула имеет какое-либо отношение к чему-либо. На равнине ваша мощность наиболее сильно зависит от относительной скорости ветра, но вы даже не намекаете, о какой скорости идет речь.
Я не уверен, о какой «первой формуле» вы говорите. В вопросе Рика Муравья указана мощность на 10-процентном холме, а не на равнине, и мы знаем, что его скорость должна была соответствовать скорости 50 об/мин в 39/23 — таким образом, если бы на велосипеде использовалось стандартное колесо 700c с окружности 2,1 метра, мы знаем, какова будет его скорость. Как я показал: 50 об/мин * 60 минут в час * 39/23 * 2,1 метра = 10700 метров в час = 10,7 км/ч или 6,6 мили в час.
Значит, вы отвечали на конкретный вопрос о 10-процентном холме, а не на его общий вопрос о том, как рассчитать мощность?? Вы должны были это заявить.
поэтому, если я использую 39x21 53 об / мин, я получу 3,5 м / с или 12,6 км / ч, а 12,6 K * 0,1 * 3 - это 3,78 Вт / кг общей мощности, которая мне нужна = 3,78 * 77 кг = 291,06 Вт.
Да, очень близко к этому. Я думаю, что на самом деле я получаю 3,44 м / с и 12,4 км / ч, поэтому эмпирическое правило для подъема на холм 10% будет около 286 Вт. Я сделал точный расчет с учетом 10-процентного уклона, а также качения и аэродинамических сил, и я получил 281 ватт, так что в этом случае эмпирическое правило уложилось в 2%. Неплохо для эмпирического правила.

Вы можете использовать калькулятор на http://bikecalculator.com , который даст вам разумную оценку, если вы знаете средний уклон холма, дневную температуру и скорость/направление ветра (вероятно, не так важно на холме) . Аналогичный калькулятор здесь, так что вы можете сравнить два метода.

На веб-сайте http://www.cyclingpowermodels.com есть множество информации о силовых моделях, включая следующий отрывок. Однако я не смог найти там калькулятор мощности (только наоборот).

Проверка модели

При применении любой модели к анализу езды на велосипеде необходимо ответить на два ключевых вопроса: «Точна ли она?» и "какие предположения?"

Модели взаимосвязи между мощностью и скоростью при езде на велосипеде существуют уже давно и основаны на физических принципах ньютоновских законов движения. Основная модель мощности и скорости езды на велосипеде, используемая на этом сайте, представляет собой реализацию модели, предложенной в документе «Проверка математической модели мощности езды на велосипеде по шоссе», опубликованном в «Журнале прикладной биомеханики» в 1998 году. Эта публикация продемонстрировала полноту и достоверность модели сравнение прогнозируемых и наблюдаемых значений мощности модели. Модель рассчитывает мощность, которую велосипедист должен был бы развивать, чтобы достичь определенной скорости на определенной трассе, с учетом основных физических параметров и параметров окружающей среды. Иногда эта модель используется для вычисления скорости, времени или значения другого параметра при заданной мощности.

Производительность любой модели зависит от точности ее входных данных, поэтому мы часто уделяем большое внимание измерению или оценке основных переменных, таких как плотность воздуха, ветер и аэродинамическое сопротивление. Как правило, будут изложены любые предположения или подходы к моделированию. В некоторой степени использование согласованных моделей мощности при расчете измерений аэродинамического сопротивления в полевых условиях (т. е. полевые испытания CdA) может повысить надежность моделей при использовании этих входных данных.

На практике мы обнаружили, что теоретические значения времени езды велосипедистов при заданной мощности и хороших входных параметрах постоянно находятся в пределах +/-5% от фактического времени езды, а часто и в пределах +/-2%. В контексте заявленной точности большинства измерителей мощности на велосипеде в +/-2% мы очень верим в применение физических моделей для анализа велосипедных событий и, что более важно, в аналитическую мощность, предоставляемую гонщику или тренеру. Чем больше мы используем эти модели, тем больше мы им доверяем. Если вы использовали их, не стесняйтесь сообщить нам о своих выводах.

Обратите внимание, что передаточное отношение и частота вращения педалей не являются обязательными для расчета (вы можете получить одинаковую выходную мощность с более низкими передачами и более высокой частотой вращения педалей или наоборот).

Учитывают ли модели известный факт, что для достижения той же скорости, которую вы легко достигли шестью часами ранее, требуется в два раза больше энергии в конце дня?
:-) На самом деле есть некоторые доказательства (сейчас не могу найти ссылку), что верно обратное: производительность следует циркадному ритму, а пик производительности на самом деле приходится на 6 вечера для большинства людей. Хотя, очевидно, нет, если вы уже сделали сеанс утром!
@tdc Существует усложняющий фактор принципа одинаковой мощности с более чем одной частотой вращения педалей, поскольку скорость сокращения мышц влияет на его эффективность. Затем, если вы едете, скажем, со скоростью 20 миль в час при 90 об/мин, ваше тело тратит гораздо меньше энергии, чем если бы вы ехали с той же скоростью при 40 или 150 об/мин. Механическая работа, измеренная извне, может быть такой же, а физиологическое усилие теоретически — нет.
@heltonbiker Я не думаю, что это правильно: я думаю, что необходимая энергия одинакова, просто в организме есть разные системы, которые работают с двумя разными частотами (медленно/быстро сокращающиеся мышцы), которые используют разные энергетические системы в организме. . Результатом является разница в психологическом усилии, а не в физиологическом усилии.
@tdc Я в значительной степени склонен не согласиться, но я думаю, что для поддержки любой из двух точек зрения потребуется больше научных доказательств. Если я найду какую-то бумагу или что-то подобное, я вернусь и опубликую (даже если это противоречит мне). К тому же, поскольку это не форум, боюсь, это уже оффтоп.
@heltonbiker: Опубликуйте еще один вопрос! (На самом деле может быть хорошо на Fitness.stackexchange.com, так как он не совсем специфичен для езды на велосипеде, и там может быть больше людей, которые разбираются в литературе.)
@Jefromi Хорошая идея!!
Как я уже говорил в другом месте, я помню, что кто-то (я думаю, LAW) опубликовал некоторые довольно строгие результаты тестов на частоту вращения педалей против выносливости около 15 лет назад. Может быть, кто-нибудь, имеющий доступ к базе данных типа «Руководство для читателей» (или просто ко всей коллекции журналов LAW с 1970 года), смог бы это раскопать?
Ах, но выносливость связана с различными энергетическими системами в организме ... не обязательно означает, что выходная мощность отличается!

Теоретически вы можете измерить мощность только с помощью специального прибора, обычно электронного (и дорогого) измерителя крутящего момента, встроенного в специальный шатун или заднюю ступицу.

Актуальную информацию об этом можно найти на странице http://www8.garmin.com/train-with-garmin/power-meter.html . Это укажет вам много других ссылок по этому вопросу.

Если вы хотите, как предполагает ваш вопрос, оценить мощность на основе общего подъема (без учета энергии, затраченной на преодоление ветра и сопротивления качению), вы можете использовать power (W) = energy (J) / time (s)формулу, где энергия - это изменение потенциальной энергии, рассчитанное с помощью energy (J) = mass (kg) * gravity (9,8 m/s²) * height (m), являющейся высотой общего подъема , и массируйте объединенную массу вашего тела и велосипеда.

Вторая формула даст минимум затраченной энергии (поскольку не только подъем, но и перетаскивание будет потреблять энергию), так что при желании можно перевести в пищевые калории. Кроме того, если вы тормозите, кинетическая энергия теряется, и вы тратите больше энергии, чтобы снова разогнаться.

Мощность означает скорость передачи энергии, или то, сколько энергии вы можете потратить в каждую единицу времени — проще говоря, насколько вы сильны.

Я потратил время, пытаясь предсказать свое хроно в сегменте Strava, используя «формулу короткого ответа» от Р. Чанга. Затем я проезжаю сегмент с измерителем мощности и использую расчетную мощность в качестве цели. Мои прогнозы были неверны.

Вернувшись домой, я анализирую данные и делаю некоторые расчеты на основе данных измерителя мощности и данных Strava. Для одного сегмента фактор 3 больше 4,28, а для другого 3,8! Я провожу еще один математический сеанс и делаю предположение, что неправильно оценил свой вес. Когда я вычисляю обратно, я нахожу значение более чем на 25% выше реального значения.

Так что я не говорю, что эта формула неверна, но мои эксперименты показывают, что я не могу использовать ее в реальной жизни.

Моим лучшим ресурсом на данный момент является этот сайт https://www.gribble.org/cycling/power_v_speed.html - я успешно вычисляю значение мощности для конкретного сегмента с допуском +/-10%. Я надеюсь, что это поможет кому-то и добавить что-то в обсуждение.

Насколько крутым был ваш сегмент Strava, сколько вместе весили велосипед и велосипед, как быстро вы ехали и что показывал ваш измеритель мощности? Кроме того, был ли откалиброван ваш измеритель мощности? Первоначальный вопрос задавался о мощности на крутом склоне - если участок, на котором вы ехали, был плоским или не очень крутым, вы должны включить аэродинамическое сопротивление.
Характеристики сегмента Strava: - Класс: 5% - Вес: около 90 кг: 80 кг меня (!) + 8,7 кг велосипеда и аксессуаров + 0,5 кг воды. - Я ехал со средней скоростью 20,3 км/ч - Мой измеритель мощности был откалиброван и дал среднюю мощность для этого отрезка 340 Вт. Нужно ли мне что-то добавить для аэродинамического сопротивления?
Да. Склон 5% не очень крутой, поэтому вы едете достаточно быстро, чтобы, вероятно, использовать 40-50 Вт аэродинамического сопротивления. Мощность, необходимая для перемещения 1 кг по уклону 5% на скорости 20,3 км/ч, составляет почти ровно 3 Вт, поэтому для перемещения 90 кг требуется около 270 Вт. Добавление аэродинамического сопротивления дает общую мощность от 310 до 320 Вт, может быть, немного меньше, если вы очень аэродинамический, и немного больше, если вы менее аэродинамический или у вас был встречный ветер.

Уже есть хорошие ответы. Для практичности я просто использую этот сайт: http://cycle2max.com для оценки мощности. Вы не можете использовать его для тренировок, но он весьма полезен для сравнения различных восхождений. IIRC, они также настраивают свой алгоритм с данными измерителя мощности.

Рассчитать мощность, необходимую для подъема на холм, достаточно крутой, чтобы можно было пренебречь сопротивлением ветра, легко: 9.8 * (total weight in kg) * (height climbed in meters) / (time to climb in seconds)это даст вам среднюю мощность для подъема.
Как рассчитать мощность, необходимую для подъема в гору с заданной частотой вращения педалей?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 3v