Il rapporto di trasmissione influisce sulla potenza?

Permettetemi di prefazione dicendo che questo potrebbe non essere il giusto SE. Ho pensato di chiedere a Physics SE, ma ho pensato di provare prima qui. Se è sbagliato, non sono contrario alla sua migrazione.

Dai principi di base della fisica, il potere è calcolato come lavoro / tempo. Quindi considera un sistema ciclista e ciclista che sale su una collina. Il lavoro svolto è la differenza di potenziale dal basso verso l'alto, e ovviamente il tempo sarà il tempo di salita.

Ora, la mia domanda è:

Dato lo stesso pilota, lo stesso peso della bici e lo stesso tempo di salita, la tua marcia influisce sulla potenza? Supponi anche che la salita sia efficiente, senza gomme scivolanti, normale pedalata, ecc.

Da un punto di vista fisico, mi aspetto che la risposta sia no. Stessa differenza di potenzialità, stesso tempo, stessa potenza. Tuttavia, dal punto di vista del ciclista, so che sembra che venga utilizzata molta più potenza per arrampicarsi con un rapporto più duro.

Mi aspetto che la risposta sia che la disparità deriva dall'idealizzare il sistema. Se consideriamo la bici un sistema chiuso, ci aspettiamo che tutta l'energia immessa nella bici la porti su per la collina, ma non è così. Inoltre, penso che l'inefficienza del corpo umano sarà rilevante. Tuttavia, non riesco ancora a risolvere la domanda.

Ho il sospetto che tu intenda l'efficienza piuttosto che il potere.

A mio avviso, il principale compromesso è tra l'aumento delle perdite biomeccaniche a un numero di giri più elevato (sostanzialmente un attrito muscolare) e una riduzione del flusso sanguigno con forze più elevate a un numero di giri inferiore. L'equilibrio dipende sia dal ciclista che dalla durata.

Nel IHPVA Journal of Human Power, il numero 45 (pdf, indice qui ) è un documento chiamato Maximum Human Power in cui si parla di Tyler Hamilton che ha vinto la scalata del Mt Washinton in 51 minuti:

"ha cavalcato gran parte della salita, tuttavia, nel pignone a 23 denti, e ha fatto diversi aumenti nel 21." Se avesse avuto ruote da 700- mm, come sembra probabile, la sua cadenza media sarebbe stata di 63 RPM.

Vale la pena leggere l'intero articolo e potrebbe essere utile sfogliare l'indice per documenti simili.

Il rovescio della medaglia è che i velocisti migliori spesso superano i 150 giri al minuto nello sprint finale. A quel punto stanno commerciando l'efficienza biomeccanica per la massima potenza. Ho raggiunto il picco a oltre 900 W per 10 secondi (> 8 W / kg) a circa 130 giri / min, ma la mia prestazione oraria di circa 350 W ha usato una cadenza di circa 80-90 giri / min.

La vera risposta è specifica per te. Dipenderà dalla forma del tuo corpo, dal tipo di muscolo, dalla forma fisica e da fattori più transitori. È anche una domanda a cui si risponde meglio con l'esperimento e dovrebbe essere parte del programma di tr4aining se si è in competizione. Altrimenti, suggerisco di trovare una salita in cui guidi regolarmente e tieni un diario di allenamento .

C'è stato anche molto dibattito sull'idratazione per le lunghe salite. È meglio idratare e iniziare più pesante o correre leggermente disidratato in modo da pesare di meno? La conclusione di IIRC era che l'idratazione era migliore, ma non riesco a trovare il riferimento.

Dato lo stesso pilota, lo stesso peso della bici e lo stesso tempo di salita, la tua marcia influisce sulla potenza? Supponi anche che la salita sia efficiente, senza gomme scivolanti, normale pedalata, ecc.

Bene, dipende da quale "potenza" stai misurando :-).

Ovviamente, la potenza esercitata dalla bicicletta nel suo insieme è la stessa: se si muove alla stessa velocità, è la stessa potenza.

Tuttavia, il potere che il tuo corpo esercita potrebbe essere diverso, per una serie di motivi:

• I muscoli probabilmente hanno un livello di velocità e forza dove sono più efficienti, quindi l'energia / potenza chimica che il tuo corpo deve esercitare per produrre movimento muscolare sarà diversa.
• I vari processi di perdita di energia dovuti a flessione, attrito ecc. Saranno probabilmente diversi a seconda dell'ingranaggio. Ad esempio, negli ingranaggi inferiori ci sarà un movimento più rapido della catena (quindi maggiore attrito), d'altra parte la tensione della catena sarà più bassa, il che probabilmente riduce l'attrito. Inoltre, negli ingranaggi inferiori la flessione del telaio in risposta alle forze della catena sarà probabilmente inferiore.

La mia impressione è (anche se non ho fonti per supportarmi) che generalmente il sistema umano è il più efficiente in termini di potenza (cioè la migliore razione della potenza del pedale allo sforzo) a cadenze intorno a 90-100 RPM, quindi è quello che dovrebbe fare un ciclista lottare per.

È interessante notare che la migliore cadenza per la massima potenza è apparentemente molto più bassa, ecco perché i ciclisti professionisti useranno marce elevate e basse cadenze per gli sprint - tuttavia questo è molto più stancante delle cadenze più elevate, quindi inefficiente su lunghe distanze.

Forse è la differenza tra, come lo chiami, lavoro 'isotonico' contro ' isometrico '?

Quello che voglio dire è che, ad esempio, ci vuole un grande sforzo (forza, potere o lavoro) per tentare di spostare un oggetto immobile: spingere contro un muro o qualcosa del genere.

In una marcia troppo alta spingi e spingi e non vai da nessuna parte (molta potenza per andare da nessuna parte => 0% di efficienza).

In una marcia troppo bassa è troppo facile: giri contro nessuna resistenza; la velocità di centrifuga è limitata a ~ 120 RPM o giù di lì, cioè non può aumentare all'infinito; quindi (bassa forza e RPM limitato) sei limitato nella quantità di potenza che metti (è inferiore alla tua massima potenza teorica).

Forse c'è un'efficace " cadenza " (forse 90 RPM) che potresti voler usare su tutti i terreni (su, giù, livello) e la cosa giusta (il modo giusto di usare le tue marce) è di regolare continuamente le marce per terreno per: a) mantenere una cadenza costante ed efficiente (es. 90 RPM); b) mantenere una potenza / potenza sufficientemente elevata a quella cadenza (ad es. se sembra troppo facile, passare a una marcia più alta, o se è troppo difficile passare a una marcia più bassa, per mantenere la cadenza).

Naturalmente il rapporto di trasmissione influisce sulla potenza "potenziale" che è possibile produrre. Considera un massimo sforzo muscolare per salire su una ripida collina. Trascurando l'attrito della catena e altri effetti secondari, salirai la collina il più velocemente alla massima potenza che i tuoi muscoli possono produrre. Nota che power = kx torque x cadence (dove k è solo una costante che determina le unità di potenza (watt, potenza, ecc.). Supponi che stai guidando con una marcia troppo alta in modo da non poter avanzare sulla pendenza (la cadenza è 0). A cadenza 0 la coppia è al massimo che può essere e la potenza è 0. Man mano che si aumenta la cadenza (abbassando il rapporto di trasmissione) la coppia diminuisce. Tuttavia, il prodotto della coppia e la cadenza (che è proporzionale alla potenza) aumenta. Mentre continui ad aumentare la tua cadenza abbassando il rapporto di trasmissione, alla fine raggiungerai la cadenza energeticamente ottimale (EOC). All'EOC, il potere che i tuoi muscoli possono produrre è al massimo. L'aumento della cadenza sopra EOC riduce la massima potenza potenziale.

Bottom Line: Scegli quel rapporto di trasmissione che ti permette di girare il più vicino possibile all'EOC. Salirai la ripida collina più veloce a questa cadenza.

Nota: la curva di potenza vs. cadenza sembra una parabola rovesciata. È il risultato diretto del lavoro svolto da Archibald Vivian Hill, che ha vinto un premio Nobel per il suo lavoro su questo e molti altri argomenti in biofisica. Si noti inoltre che la massima resistenza si verifica probabilmente con una cadenza inferiore a EOC.

Ci sono diversi fattori coinvolti qui, quindi ogni risposta non è semplice. In primo luogo, come ha osservato Leon, ottieni potenza zero alle ruote quando la marcia è così dura che non puoi muoverti. E ottieni una potenza incredibilmente piccola alle ruote quando il rapporto di trasmissione è così facile da girare a 200 giri / min.

Ma soprattutto, il potere MEDIO per un periodo di tempo dipende fortemente dai dettagli di come funzionano i muscoli. Principalmente c'è l'esercizio AEROBIC vs ANAEROBIC. Con il ciclista medio, con glicemia normale, qualsiasi guida al di sopra di circa 80 giri / min sarà in gran parte aerobica e qualsiasi guida (a metà strada impegnativa) al di sotto di circa 60 giri / min avrà un grande pezzo anaerobico. L'esercizio aerobico brucia lo zucchero nel sangue, ma l'esercizio anaerobico brucia il glicogeno immagazzinato nei muscoli.

Per brevi periodi di tempo (quanto breve a seconda dell'intensità dell'esercizio e della quantità di flusso sanguigno presente) i muscoli in buona salute possono bruciare glicogeno con la stessa efficacia della glicemia, ma la quantità di glicogeno immagazzinata nei muscoli è sufficiente solo per forse 15-30 minuti di esercizio fisico ad alta intensità (anche se con un allenamento mirato specificamente ad aumentare le riserve di glicogeno del corpo, questo può essere aumentato a diverse ore).

Pertanto, guidare con una marcia "difficile" che produce un basso numero di giri esaurisce più rapidamente il glicogeno muscolare e porta ad una più rapida affaticamento. E ovviamente, quando si affatica la potenza in uscita diminuisce. (E, naturalmente, guidare con una marcia troppo "facile" produce RPM eccessivamente alti e l'RPM "ottimale" del ciclista medio è generalmente inferiore a 100.) Nel frattempo, stai scambiando un modesto consumo di glicogeno contro un aumento della potenza muscolare può ottenere coinvolgendo i muscoli a "contrazione lenta" e alcuni altri fattori. (Tieni presente che hai bisogno del glicogeno per situazioni brevi e molto richieste, come arrampicarti su una collina breve e ripida senza scalare. In alcune circostanze puoi effettivamente ferire i muscoli se il glicogeno è completamente esaurito.)

(E c'è anche il punto da considerare che in soggetti sensibili si può causare un infortunio al ginocchio usando costantemente un equipaggiamento troppo difficile.)

Per quanto ho capito, non dovrebbe. La spiegazione più semplice è che la potenza è pari alla potenza in termini di efficienza (l'efficienza è la perdita di energia dovuta ad attrito, resistenza all'aria, resistenza al rotolamento, calore, ecc.). Cambiare marcia non cambia la potenza (quella parte è tutta per te), né cambia l'efficienza meccanica. Pertanto, la potenza non cambia.

Per un po 'più in profondità, la potenza è il lavoro totale eseguito nel tempo totale ( P_avg = ΔW/Δt). In questo caso, lo stiamo considerando per durate identiche, quindi Δtè costante. In un contesto rotazionale, Wè la coppia (forza di rotazione) esercitata per la velocità angolare (velocità di rotazione), oppure W = τθ. Una marcia cambia solo il rapporto tra coppia e velocità angolare mantenendo una potenza di lavoro costante. In altre parole, passare a una marcia più alta potrebbe richiedere una coppia doppia, ma i pedali gireranno la metà più velocemente. Una marcia più bassa potrebbe farti girare due volte più veloce, ma utilizzerai metà della coppia. Poiché l'output di lavoro è lo stesso, l'output di potenza è lo stesso.

In che modo ciò influisce sulla velocità delle ruote? Bene, lo stesso W = τθvale anche per le ruote, ma al contrario (le ruote la vedono all'indietro: immagina se stavi pedalando sul tuo ingranaggio e le ruote fossero attaccate al movimento centrale). Una marcia più bassa metterà più coppia sulle ruote (consentendo un'elevata accelerazione), ma avrà una velocità angolare corrispondente (velocità di rotazione). Una marcia più alta non darà molta coppia alle ruote (motivo per cui è così difficile accelerare), ma le farà girare come matti. Idealmente, essere nella marcia più alta possibile ti darebbe la massima velocità.

Tuttavia, è qui che entra in gioco il corpo umano. Abbiamo due sistemi complementari per la generazione di energia: il sistema cardiovascolare, che produce meno energia ma per periodi molto lunghi, e il sistema muscolare, che eccelle nel produrre alta potenza, ma solo per un breve periodo di tempo. Idealmente, quando non si sprint, si desidera che entrambi i sistemi producano tutta la potenza che possono sostenere. La somma di quella potenza (meno le perdite di efficienza) sarà la tua potenza totale, e il cambiamento di elevazione, la resistenza al rotolamento e la tua aerodinamica determineranno quale proporzione di quella potenza sarà in definitiva utilizzata per la coppia rispetto alla distanza (e quindi il rapporto di trasmissione) .

Spero possa aiutare.

No, i rapporti di marcia e di guadagno non influiscono sulla potenza. Mentre hai ragione nel dare per scontato che sarebbe diverso dal ciclista, se le altre tre variabili sono uguali, la potenza sarà la stessa. In questo caso, in un rapporto di trasmissione "più semplice", la cadenza richiederebbe un aumento significativo per mantenere lo stesso tempo di salita (velocità) e se il ciclista è identico, la velocità di lavoro è identica. L'aumento della velocità della pedalata compensa la differenza di wattaggio rispetto alla marcia "più dura" a cadenza inferiore.