Come posso calcolare la potenza richiesta per scalare una collina a una data cadenza?

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Supponiamo che guido ad una cadenza di 50 giri / min per 10 minuti con un rapporto di trasmissione di 39x23 su una collina con pendenza del 10%. Esiste una formula semplice per calcolare la potenza richiesta?

— Rick Ant
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Devi sapere quale coppia viene applicata, oltre all'RPM. Oppure potresti semplicemente calcolare la potenza richiesta per salire di un determinato grado ad una determinata velocità. (Personalmente, su una collina del 10%, sono solo grato di poter continuare a muovermi.)

— Daniel R Hicks,

Come posso sapere la mia coppia?

— Rick Ant

Attaccare le chiavi dinamometriche al posto delle pedivelle e leggerle più volte una rivoluzione. (Vale a dire che questo è il problema difficile.)

— Daniel R Hicks,

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Rick: Sì, ma devi anche rendere conto della tua efficienza metabolica lorda nella conversione tra calorie bruciate e potenza. In generale, il GME varia tra circa il 20% e il 25%. Come succede, 1 caloria = 4.184 joule o 1 joule = .239 calorie, quindi una regola empirica comune è quella di assumere un GME del 23,9%, nel qual caso il numero di calorie alimentari (= Calorie, = 1000 calorie = 1 chilocaloria) equivale approssimativamente a 1 chilojoule. In genere è più semplice stimare il lavoro in joule (o kilojoule) piuttosto che stimare il dispendio calorico, quindi la conversione è solitamente nella direzione opposta: potenza -> Cal.

— R. Chung,

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Bene, quindi un watt è un joule / sec. Quindi, se avessi una stima molto buona delle calorie alimentari (= chilocalorie) consumate, potresti usare la "regola della conversione del pollice" per dire che era equivalente al numero di chilojoule spesi e dividere per il tempo trascorso in secondi per ottenere potenza media in watt. In pratica, è difficile ottenere buone stime delle calorie consumate ma, soprattutto in bicicletta, si può occasionalmente ottenere una buona stima della potenza (come per le salite in collina). Ciò fornisce una buona stima dei chilojoule e puoi quindi convertirli in calorie alimentari consumate.

— R. Chung,

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Non fornisci abbastanza informazioni nella tua domanda specifica (vale a dire "50 RPM per 10 minuti con 39x23 con 10% di pendenza") per fornire una risposta completa in termini assoluti ma, se assumiamo che stai guidando una 700c di dimensioni standard bici ci sono abbastanza informazioni per fare una buona stima in termini relativi.

Per prima cosa ti darò una risposta breve, quindi una regola empirica che è facile da calcolare e ti porterà a circa il 10%, quindi una risposta più lunga e più dettagliata.

La risposta breve alla tua domanda, in termini relativi, è ~ 3 watt / kg di massa totale. Per convertirlo in watt assoluti totali, basta moltiplicare 3 watt / kg * di massa totale (in kg) per te, la tua bici e tutto l'equipaggiamento che stai trasportando. Ad esempio, se si pesa 70 kg e la bici e tutte le sue attrezzature insieme pesano altri 10 kg, saranno necessari circa 3 * (70 + 10) = 240 watt. Se pesate 70 kg, ciò significherebbe che dovreste produrre 240/70 = ~ 3,4 watt / kg di massa corporea. Per metterlo nel contesto, 3,4 watt / kg per 10 minuti non sono una cattiva quantità di potenza per un ciclista ricreativo occasionale; in una normale camminata su terreno pianeggiante le persone hanno una media di circa 1 watt / kg, mentre un ciclista professionista può essere in grado di superare la media di 5 watt / kg per un'ora.

Una regola empirica da utilizzare per convertire la velocità in potenza su ripide colline è questa: su una ripida collina, moltiplica il gradiente della collina per la tua velocità in km / h, quindi per ~ 3. Se misuri la tua velocità in mph, moltiplica per 5 piuttosto che 3. Questo ti darà una stima del ballpark dei watt / kg che devi produrre. Ad esempio, se stai salendo una collina del 10% con un rapporto di 39/23 a 50 rpm su una bici di dimensioni standard, stai viaggiando a ~ 11 km / h (o circa 6.5 mph). Quindi il 10% * 11 km / h = 1,1 e 1,1 * 3 = 3,3 watt / kg. In alternativa, se si misura la velocità in mph, 10% * 6.5 mph = .65 e .65 * 5 = 3.25 watt / kg. Fondamentalmente, tutto ciò che devi ricordare per questa regola empirica è il numero 3 se misuri la velocità in km / ho 5 se misuri la velocità in mph.

Come ho convertito la tua cadenza in una marcia particolare in velocità? Su una bici di dimensioni normali standard, la ruota posteriore "700c" ha una circonferenza di ~ 2100 mm (= ~ 2,1 metri). Se pedalavi a 50 rpm attraverso una marcia 39/23, quindi (50 rpm) * (39/23) * (60 minuti / ora) * (2,1 metri) = ~ 10700 metri / ora o 10,7 km / h, o 6,6 mph.

E ora, la spiegazione più completa. L'equazione per convertire la velocità in potenza è ben compresa. La potenza totale richiesta è composta da quattro parti:

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)

Di questi, il pezzo più semplice è la potenza necessaria per superare i cambiamenti di elevazione che, fortunatamente in questo caso, è quello che stavi chiedendo. Su una ripida collina, la tua velocità è bassa e le forze aerodinamiche e di resistenza tendono ad essere piccole rispetto alla parte in salita. Il potere necessario per spiegare il cambiamento di energia potenziale è semplice:

watt (PE) = pendenza * velocità in metri / sec * massa totale * 9,8 m / sec ^ 2

o

watt / kg = pendenza * velocità in metri / sec * 9,8 m / sec ^ 2

Quindi, tutto ciò che serve è ottenere la velocità in m / s. Se si dispone di un ciclecomputer che legge in km / h, è necessario dividere km / h per 3,6 per ottenere m / se moltiplicare per 9,8. Se il tuo ciclocomputer legge in mph, dividi mph per 2,25 e moltiplica per 9,8. Se lo fai, vedrai che le costanti risultanti sono circa 3 (per km / h) e 5 (per mph), come indicato nella regola empirica sopra.

— R. Chung
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Non vedo come la tua prima formula abbia rilevanza per nulla. Al piano piatto la tua potenza dipende in gran parte dalla velocità del vento relativa, ma non accenni nemmeno alla velocità di cui stai parlando.

— Daniel R Hicks,

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Non sono sicuro di quale "prima formula" ti riferisca. La domanda di Rick Ant specificava la potenza su una collina del 10%, non in piano, e sappiamo che la sua velocità doveva essere la velocità implicita di 50 giri / min in un 39/23 - quindi, se la bici utilizzava una ruota standard da 700c con un circonferenza di 2,1 metri, sappiamo quale sarebbe la sua velocità. È come ho mostrato: 50 rpm * 60 minuti all'ora * 39/23 * 2,1 metri = 10700 metri / ora = 10,7 km / ho 6,6 mph.

— R. Chung,

Quindi stavi rispondendo alla domanda specifica di una collina del 10%, non alla sua domanda generale su come calcolare la potenza ?? Avresti dovuto dirlo.

— Daniel R Hicks,

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quindi se uso 39x21 53 rpm otterrò 3,5 m / so 12,6 K / he 12,6 K * 0,1 * 3 è 3,78 watt / kg di potenza totale di cui ho bisogno = 3,78 * 77 kg = 291,06 watt

— Rick Ant

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Sì, molto vicino a quello. Penso di avere effettivamente 3,44 m / se 12,4 km / h, quindi la regola empirica per scalare una collina del 10% sarebbe di circa 286 watt. Ho fatto un calcolo esatto tenendo conto della pendenza del 10% e anche delle forze di rotolamento e aerodinamiche e ho ottenuto 281 watt, quindi in questo caso la regola empirica è stata del 2%. Non male per una regola empirica.

— R. Chung,

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Puoi usare la calcolatrice su http://bikecalculator.com , che ti darà una stima ragionevole se conosci il grado medio della collina, la temperatura del giorno e la velocità / direzione del vento (probabilmente non è così rilevante su una collina) . Un calcolatore simile è qui in modo da poter confrontare due metodi.

Il sito Web http://www.cyclingpowermodels.com contiene una serie di informazioni sui modelli di potenza, incluso il seguente estratto. Non riuscivo a trovare un calcolatore di potenza lì (solo il contrario).

Convalida del modello

Due domande chiave nell'applicazione di qualsiasi modello all'analisi del ciclismo devono essere "è preciso?" e "quali sono i presupposti?"

I modelli del rapporto tra potenza e velocità del ciclismo sono in circolazione da molto tempo e si basano sui principi fisici delle Newton Laws of Motion. Il principale modello di potenza e velocità del ciclismo utilizzato in questo sito è un'implementazione di quella proposta in Convalida di un modello matematico per il ciclismo su strada che è apparso nel Journal of Applied Biomechanics nel 1998. Questa pubblicazione ha dimostrato la completezza e la validità del modello da parte di confronto dei valori di potenza previsti e osservati del modello. Il modello calcola la potenza che un ciclista dovrebbe produrre per raggiungere una certa velocità su un determinato percorso, tenendo conto dei parametri fisici e ambientali chiave. In alcuni punti questo modello viene utilizzato per calcolare la velocità, il tempo o il valore di un altro parametro con una potenza specifica.

Le prestazioni di qualsiasi modello sono buone quanto la precisione dei suoi input, motivo per cui spesso andiamo in grande dettaglio misurando o stimando le variabili principali come la densità dell'aria, il vento e la resistenza aerodinamica. Eventuali ipotesi o approcci di modellazione saranno generalmente delineati. In una certa misura l'uso di modelli di potenza coerenti nella derivazione sul campo delle misurazioni aerodinamiche della resistenza (ovvero test sul campo del CdA) può migliorare l'affidabilità dei modelli quando viene utilizzato con quell'input.

In pratica, abbiamo riscontrato che i valori teorici del tempo di guida di un ciclista, dati una potenza specificata e input di buoni parametri, rientrano costantemente tra +/- 5% del tempo di guida effettivo e frequentemente entro +/- 2%. Nel contesto dell'accuratezza dichiarata della maggior parte dei misuratori di potenza da ciclismo al +/- 2%, crediamo molto nell'applicazione di modelli fisici all'analisi degli eventi ciclistici e, cosa ancora più importante, dalla potenza analitica dimostrata al ciclista o all'allenatore. Più utilizziamo questi modelli, maggiore è la fiducia che abbiamo in essi - se li hai usati sentiti libero di farci sapere i tuoi risultati.

Si noti che il rapporto di trasmissione e la cadenza non sono necessari per il calcolo (è possibile produrre la stessa potenza con marce più basse e cadenza più veloce o viceversa).

— tdc
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I modelli spiegano il fatto noto che ci vuole il doppio di energia alla fine della giornata per raggiungere la stessa velocità che hai facilmente raggiunto sei ore prima?

— Daniel R Hicks,

:-) Beh, in realtà ci sono alcune prove (non riesco a trovare il riferimento in questo momento) che è vero il contrario: la performance segue il ritmo circadiano e la performance di picco è in realtà intorno alle 18:00 per la maggior parte delle persone. Anche se ovviamente non se hai già fatto una sessione al mattino!

— TD

@tdc Esiste un fattore complicante sul principio della stessa potenza con più di una cadenza, poiché la velocità della contrazione muscolare influenza la sua efficienza. Quindi, se guidi, diciamo, 20 miglia all'ora a 90 giri / min, il tuo corpo consuma molta meno energia rispetto a quando cavalchi la stessa velocità con 40 giri / min o 150 giri / min. Il lavoro meccanico misurato dall'esterno potrebbe essere lo stesso, ma lo sforzo fisiologico no, teoricamente.

— Heltonbiker,

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@heltonbiker Non penso che sia giusto: penso che l'energia richiesta sia la stessa, è solo che il corpo ha sistemi diversi che funzionano a due diverse cadenze (muscoli a contrazione lenta / veloce), che usano sistemi energetici diversi nel corpo . Il risultato è una differenza nello sforzo psicologico, non nello sforzo fisiologico.

— TC

@tdc Sono quasi incline a non essere d'accordo, ma penso che sarebbero necessarie ulteriori prove scientifiche per supportare uno dei due punti di vista. Se trovo un po 'di carta o simili, tornerò e pubblicherò (anche se mi contraddice). Inoltre, poiché questo non è un forum, temo che sia già offtopico.

— Heltonbiker,

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Teoricamente, puoi misurare la potenza solo con uno strumento specializzato, di solito un misuratore di coppia elettronico (e costoso) incorporato in una guarnitura personalizzata o un mozzo posteriore.

Per lo stato dell'arte al riguardo, dai un'occhiata a http://www8.garmin.com/train-with-garmin/power-meter.html . Ti indicherà molti altri link sull'argomento.

Se vuoi, come suggerisce la tua domanda, stimare la potenza in base alla salita totale (ignorando l'energia spesa per superare la resistenza al vento e al rotolamento), potresti usare la power (W) = energy (J) / time (s)formula, dove l'energia è la variazione di energia potenziale, calcolata energy (J) = mass (kg) * gravity (9,8 m/s²) * height (m), essendo l'altezza della salita totale e aggrega la massa combinata del tuo corpo e della bicicletta.

La seconda formula fornirà l'energia minima spesa (poiché non solo l'ascesa, ma anche il trascinamento consumerà energia), quindi se lo desideri puoi convertire le calorie del cibo. Inoltre, se si frena, l'energia cinetica viene persa e si spende più energia per accelerare la velocità.

Potenza indica il tasso di trasferimento di energia, o quanta energia puoi spendere per ogni unità di tempo - in parole semplici, quanto sei forte.

— heltonbiker
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Ci sono già buone risposte. Per praticità, uso questo sito Web: http://cycle2max.com per stimare il potere. Non puoi usarlo per l'allenamento ma è abbastanza utile per confrontare diverse salite. IIRC, inoltre, ottimizzano il loro algoritmo con i dati del misuratore di potenza.

— imel96
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Calcolare la potenza per scalare una collina abbastanza ripida da poter trascurare la resistenza al vento è facile: 9.8 * (total weight in kg) * (height climbed in meters) / (time to climb in seconds)ti darà la potenza media per una salita.

— Andrew Henle,

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Ho trascorso del tempo cercando di prevedere il mio crono sul segmento Strava usando la "formula di risposta breve" di R. Chung. Quindi guido il segmento con un powermeter e usando la potenza calcolata come bersaglio. Le mie previsioni erano sbagliate.

A casa analizzo i dati e faccio un calcolo matematico basato sui dati del misuratore di potenza e dei dati Strava. Per un segmento il fattore 3 è più 4,28 e per un altro è 3,8! Faccio un'altra sessione di matematica e presumo che abbia preso un valore negativo per il mio peso. Quando calcolo indietro trovo un valore superiore di oltre il 25% rispetto al valore reale.

Quindi non dico che questa formula è sbagliata, ma i miei esperimenti concludono che non posso usarla nella vita reale.

La mia migliore risorsa finora è questo sito Web https://www.gribble.org/cycling/power_v_speed.html - Ho calcolato con successo il valore di potenza per un segmento specifico con una tolleranza di +/- 10%. Spero che questo possa aiutare qualcuno e aggiungere qualcosa alla discussione.

— Duc
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Quanto è stato ripido il tuo segmento Strava, quanto pesano insieme la tua bici, quanto velocemente stavi andando e cosa ha letto il tuo misuratore di potenza? Inoltre, il tuo misuratore di potenza è stato calibrato? La domanda originale era sul potere su una ripida collina - se il segmento che stavi guidando era piatto o non così ripido, devi includere la resistenza aerodinamica.

— R. Chung,

Le caratteristiche del segmento Strava sono: - Grado: 5% - Peso: circa 90 kg: 80 kg di me (!) + 8,7 kg di bici e accessori + 0,5 kg di acqua. - Stavo guidando alla velocità di una velocità media di 20,3 km / h - Il mio powermeter era calibrato e forniva una potenza media per questo segmento di 340 W. Devo aggiungere qualcosa per la resistenza aerodinamica?

— Duc

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Sì. Una pendenza del 5% non è molto ripida, quindi stai viaggiando abbastanza velocemente da utilizzare probabilmente 40-50 watt in aerodinamica. La potenza necessaria per spostare 1 kg su una pendenza del 5% a 20,3 km / h è quasi esattamente 3 watt, quindi per spostare 90 kg sono necessari circa 270 watt. Aggiungendo il trascinamento aerodinamico, il totale tra 310 e 320 watt, forse un po 'meno se sei molto aero, un po' di più se sei meno aero o hai avuto un vento contrario.

— R. Chung,