I fattori che influenzano la densità dell'aria sono: altitudine, temperatura dell'aria, umidità dell'aria e pressione barometrica. Calcolatrice: http://barani.biz/apps/air-density/
In che modo la guida a diverse densità dell'aria influenza la potenza e la velocità?
Risposte:
Tornando a questa domanda in quanto vi sono alcune considerazioni.
L'OP ha menzionato solo la pressione atmosferica (barometrica) e non necessariamente l'altitudine. Inizierò solo con la pressione barometrica e tornerò all'impatto dell'altitudine.
Tipiche variazioni della pressione barometrica alla stessa altitudine, e quindi impatto sulla pressione parziale dell'ossigeno (O2), non sono così grandi da essere evidenti alla propria capacità di generare energia, tuttavia sono sufficienti per influire sulla velocità che si può raggiungere per un data potenza erogata. Potrebbe non essere così evidente in generale in giro per la città, ma i ciclisti saranno in grado di raggiungere tempi più veloci o più lenti a seconda della pressione barometrica.
Non si verificherà una variazione del 10% della pressione dell'aria alla stessa altitudine . ad esempio, la differenza tra un giorno di pressione molto bassa (ad esempio un ciclone di categoria da 2 a 3 con zona di bassa pressione centrale a 970 hPa) e una pressione molto elevata (ad esempio una giornata fine a 1030 hPa) è solo del 6%.
Poiché è improbabile che tu corra in un uragano o in un ciclone, le fluttuazioni della pressione barometrica per le condizioni in cui guidi effettivamente sono solo un paio di percento. Anche così, per un pilota in prova a cronometro, su una rotta di 40 km, la differenza di densità dell'aria tra i giorni di bassa e alta pressione può comportare una differenza di 30 secondi nel tempo sulla rotta, a parità di altre condizioni.
La densità dell'aria può variare di più rispetto a quella dovuta alle variazioni della sola pressione barometrica. La densità dell'aria è principalmente una funzione della pressione barometrica, della temperatura dell'aria e dell'altitudine.
La densità dell'aria aumenta all'aumentare della pressione barometrica e diminuisce all'aumentare della temperatura e dell'altitudine. L'umidità ha un impatto molto piccolo (trascurabile) sulla densità dell'aria, ma per completezza, aumentare l'umidità riduce leggermente la densità dell'aria.
Impatto dell'altitudine sulle prestazioni
Se consideriamo l'impatto dell'altitudine sulle prestazioni in bicicletta, come altri hanno già detto, ci sono due fattori principali:
io. l'impatto fisiologico sulla capacità di generare energia sostenibile in quanto la pressione parziale di O2 si riduce all'aumentare dell'altitudine e
ii. l'impatto fisico quando la densità dell'aria diminuisce, il che significa che si può raggiungere una velocità maggiore per la stessa potenza erogata (ceteris paribus).
L'impatto fisiologico
Mentre saliamo ad altitudini più elevate e diminuisce la densità dell'aria, l'aria "più sottile" significa una riduzione della pressione parziale dell'ossigeno, che influisce negativamente sulla potenza che possiamo sostenere attraverso il metabolismo aerobico. Tale perdita di potenza può arrivare fino al 20% o più, a seconda della nostra altezza e della nostra risposta individuale all'altitudine.
Sono stati pubblicati alcuni articoli che esaminano l'impatto dell'altitudine sulle prestazioni atletiche aerobiche e da queste formule per stimare la perdita di potenza in funzione dell'altitudine sono stati sviluppati. Ce n'era uno dall'articolo del 1989 di Peronnet et al, due dall'articolo del 1999 di Bassett et al, uno ciascuno per atleti acclimatati e non acclimatati. Aggiungendo a questi, ho generato una quarta formula, basata sullo studio del 2007 di Clark et al. I documenti pertinenti sono:
Peronnet et al. Hanno usato dati empirici tratti dalle registrazioni delle ore di ciclismo nel mondo per stimare l'impatto dell'altitudine sulla potenza di un ciclista d'élite. Le ipotesi utilizzate nella stima della perdita di potenza indotta dall'altitudine possono presentare qualche errore; in particolare a causa dei metodi utilizzati per stimare la potenza di ciascun pilota in quanto non sono stati effettivamente misurati né la potenza né il coefficiente di resistenza aerodinamica.
Secondo il vecchio articolo FAQ del forum di Wattage del dott. David Bassett, Jr, le due formule Bassett et al sono state derivate da documenti precedenti che esaminavano l'impatto dell'altitudine sulle prestazioni aerobiche di quattro gruppi di corridori altamente allenati o d'élite. Quindi, sebbene queste formule non derivino dai ciclisti, possiamo comunque generalizzare da quelle alla perdita della capacità aerobica per i ciclisti.
Infine, lo studio di Clark et al. Ha misurato l'impatto sul picco dell'utilizzo dell'ossigeno (VO2), sull'efficienza lorda e sulla potenza ciclistica su dieci ciclisti e triatleti ben allenati ma non altimetrici testando i ciclisti ad altitudini simulate di 200, 1200, 2200 e 3200 metri. Hanno esaminato una serie di fattori, tra cui potenza massima in 5 minuti, VO2 ed efficienza lorda rispetto alle prestazioni a 200 metri, nonché VO2 sub-massima ed efficienza lorda.
Ho usato questi dati per generare una formula simile a quelle di Peronnet et al e Bassett et al (che compongono i numeri nella tabella elencata in una delle altre risposte). Naturalmente si presume una riduzione equivalente della potenza di 1 ora rispetto alla potenza di 5 minuti. Clark et al. Hanno notato riduzioni leggermente maggiori del picco di VO2 rispetto alla potenza massima di 5 minuti e nessuna variazione dell'efficienza lorda alla potenza massima di 5 minuti con altitudine. Quindi c'è presumibilmente un contributo metabolico anaerobico che costituisce presumibilmente la differenza. Si è verificata una perdita di efficienza sub-massima osservata a 3200 metri simulati.
Ho scelto in questo caso di utilizzare la riduzione della potenza di 5 minuti piuttosto che cadere nel picco di VO2 come dati di base per la formula, e ho applicato una correzione per compensare la formula per l'equivalenza a livello del mare per allinearla alla formula Peronnet et al e Bassett et al. Ovviamente, quando si guardano i dati riportati, ci sono ovviamente notevoli variazioni all'interno del gruppo di test ad ogni altitudine simulata, quindi la formula si basa sulle medie di gruppo per ogni altitudine simulata.
Ecco le formule:
x = chilometri sul livello del mare:
Peronnet et al:
proporzione della potenza a livello del mare = -0,003x ^ 3 + 0,0081x ^ 2 - 0,0381x + 1
Bassett et al Atleti climatizzati (diverse settimane in altitudine): proporzione della potenza a livello del mare = -0,0112 x ^ 2 - 0,0190x + 1 R ^ 2 = 0,973
Bassett et al Atleti non climatizzati (1-7 giorni in altitudine): proporzione della potenza a livello del mare = 0,00178x ^ 3 - 0,0143x ^ 2 - 0,0407x + 1 R ^ 2 = 0,974
Formula di Simmons basata su Clark et al: proporzione della potenza a livello del mare = -0,0092x ^ 2 - 0,0323x + 1 R ^ 2 = 0,993
e in forma di grafico appaiono come segue:
Ora tieni presente che queste sono medie per i campioni utilizzati in ogni studio ed esiste una variazione individuale, quindi l'impatto per ogni individuo sarà in questo intervallo ma potrebbe essere più o meno.
L'impatto della fisica
Ora, naturalmente, dal punto di vista delle prestazioni, si perde potenza in uscita all'aumentare dell'altitudine, tuttavia si verifica un aumento delle prestazioni in quanto la minore densità dell'aria significa che è possibile viaggiare a una velocità maggiore per la stessa potenza (e l'aerodinamica).
La fisica è abbastanza semplice e, a differenza dell'impatto fisiologico, si applica ugualmente a tutti. Ad esempio, ho esaminato l'influenza dell'altitudine sulla fisica del record dell'ora mondiale del ciclismo e ho mostrato come la riduzione della densità dell'aria all'aumentare dell'altitudine significhi che si può viaggiare più velocemente per la stessa potenza erogata o, in altre parole, la richiesta di energia si riduce a qualsiasi velocità data all'aumentare dell'altitudine.
Ciò ha portato a questo grafico, che mostra la relazione tra potenza e rapporto di resistenza aerodinamica (W / m ^ 2) e altitudine per velocità che vanno da 47 km / h fino al record di 56.375 km / h di Chris Boardman.
In sostanza, all'aumentare dell'altitudine, la potenza rispetto al rapporto di resistenza aerodinamica si riduce alla stessa velocità.
L'impatto netto sia dell'impatto fisiologico che fisico
Bene, quando combiniamo i due, questo è il risultato:
Questo dovrebbe essere ragionevolmente semplice da interpretare, ma anche così fornirò alcune spiegazioni.
L'asse orizzontale è altitudine e le linee verticali scure rappresentano l'altitudine di vari binari in tutto il mondo.
L'asse verticale è la proporzione della velocità al livello del mare raggiungibile.
Le linee colorate curve rappresentano l'impatto combinato di una riduzione di potenza utilizzando ciascuna delle formule evidenziate sopra, combinata con la riduzione della densità dell'aria che consente velocità maggiori per la stessa potenza.
Quindi, ad esempio, se osserviamo la linea verde (Basset et al acclimated), ciò dimostra che quando un ciclista aumenta l'altitudine, sono in grado di sostenere una velocità più elevata fino a circa 2.900 metri e qualsiasi ulteriore aumento dell'altitudine mostra un declino nella velocità raggiungibile, poiché le perdite di potenza iniziano a superare la riduzione della densità dell'aria.
La pista di Aigle Switerland rappresenta circa un 1% di aumento di velocità su Londra, mentre la guida ad Aguascalientes consentirebbe un aumento di velocità compreso tra il 2,5% e il 4%. Dirigiti a Città del Messico e potresti guadagnare un po 'di più, ma come mostra il grafico, le curve iniziano ad appiattirsi, quindi il rapporto rischio / rendimento punta maggiormente verso la fine più rischiosa dello spettro.
L'altitudine rappresenta quindi un caso di buoni guadagni ma rendimenti decrescenti man mano che l'aria diventa più rara. Una volta superati i 2.000 metri, i guadagni di velocità iniziano a ridursi, e alla fine iniziano a ridursi, il che significa che c'è un'altitudine "ottimale".
Avvertenze, e ce ne sono alcune ma le più importanti sono:
l'altitudine di un individuo nel punto giusto dipenderà dalla sua risposta individuale all'altitudine
le linee tracciate rappresentano le medie per i gruppi atletici studiati;
la formula utilizzata ha un dominio limitato di validità, mentre le linee tracciate si estendono oltre;
questi non sono gli unici fattori di prestazione da considerare, ma sono due dei più importanti.
Ho il sospetto che il calo delle prestazioni con l'altitudine potrebbe verificarsi un po 'più bruscamente per molti di quanto suggerito qui. Tuttavia, gli stessi principi si applicano anche se la tua risposta personale all'altitudine si trova all'estremità inferiore dell'intervallo, ed è difficile immaginare perché qualcuno possa suggerire che dirigersi verso una pista di altitudine moderata sia una cattiva idea dal punto di vista delle prestazioni.
Se vuoi leggere qualcosa in più, tratterò questi problemi in tre articoli di blog qui:
http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/09/wm2-altitude-and-hour-record.html
http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/12/wm2-altitude-and-hour-record-part-ii.html
http://alex-cycle.blogspot.com.au/2015/06/wm2-altitude-and-hour-record-part-iii.html
La seguente tabella è disponibile in un interessante articolo sul blog di Training Peaks . Da questo dovresti essere in grado di regolare il tuo livello di potenza di tanto in tanto.
La potenza diminuisce all'aumentare dell'altitudine. Ma l'offset è che la densità dell'aria diminuisce in parallelo (fino a un punto). E questo è il motivo per cui molte ore sono state tentate in quota. L'ottimale è apparentemente 3500m. Per cui l'aumento di velocità supera la perdita di potenza. Da qui la popolarità dei velodromi di La Paz (Bolivia) a 3400 me del velodromo di Città del Messico a 2230 m.
A proposito del concetto di pressione dei pneumatici e resistenza al rotolamento - c'è stato un recente articolo che ha sfatato il mito sulle alte pressioni dei pneumatici - affermando che la perdita di energia creata dalle vibrazioni dell'alta pressione dei pneumatici ha comportato che una pressione dei pneumatici più bassa era effettivamente più veloce del "normale "superfici stradali.