какую мощность развивает человек на велосипеде

Измерение мощности велосипедиста

Мощность на единицу веса — важный показатель, который нужно непременно улучшать, если только вы не совершаете велозаезды по идеально ровным трассам. В этой статье мы постараемся объяснить, что это такое, почему этот параметр имеет такое значение, как выполнить измерение мощности для велосипедиста, а также дадим рекомендации, как улучшить показатель.

О мощности велосипедистов

Некоторые мотоциклисты шутят: «Счастье за деньги не купишь, а вот купить дополнительные лошадиные силы — это пожалуйста». Велосипедисты интерпретируют это по-своему: им не нужно покупать дополнительную мощность, они могут ее производить с помощью собственных мышц и за счет ресурсов организма, хоть это и непросто.

Поскольку увеличение аэробной способности позволяет повысить показатель мощности мышц, в плане физиологии это значит, что существуют вполне конкретные пределы развития мощности. Но, к счастью, абсолютная мощность — это не единственный фактор, который определяет эффективность велосипедистов. Вес спортсмена также играет немаловажную роль, поскольку увеличение массы тела или движение вверх по направлению, противоположному силе притяжения Земли, требует увеличенной мощности. Следовательно, чем меньшую массу приходится перемещать, тем меньшая мощность для этого требуется.

Для всех велосипедистов, которые прокладывают свой маршрут по неровным дорогам, важно понимать соотношение мощности и веса, которое обычно измеряется в ваттах на килограмм. Чтобы узнать показатель, просто разделите максимальную выходную мощность велосипедиста в ваттах на массу тела в килограммах. Например, 80-килограммовый спортсмен с максимальной выходной мощностью 280 ватт получает показатель мощности на единицу веса, равный 3,5 ватта на кг.

Показатель мощности на единицу веса позволяет спрогнозировать эффективность тренировки атлета. Рассмотрим на примере двух велосипедистов: максимальная мощность велосипедиста А равна 250 Вт, а велосипедиста Б — 225 Вт. На идеально ровной плоской поверхности (где гравитация не играет роли), можно с уверенностью спрогнозировать, что велосипедист А окажется быстрее велосипедиста Б. А вот на неровной, сложной поверхности показатель мощности на единицу веса начинает играть свою роль. Если представить, что оба велосипедиста весят 80 кг, то велосипедист А будет двигаться быстрее. Однако если он будет весить 80 кг, а второй — всего 68 кг, то показатель А будет равен 3,13 Вт/кг, а показатель Б — 3,31 Вт/кг. И тогда на неровной дороге преимущество получит велосипедист Б.

Табл. 1. Соотношение мощности на единицу веса при различных выходных мощностях и весовых показателях (ватты на килограмм)

Что такое мощность на единицу веса (Вт/кг)

Мощность на единицу веса высчитывается по формуле: мощность (Вт) разделить на массу (кг). Поэтому каждому спортсмену, даже тому, кто совсем не дружит с физикой и математикой, под силу рассчитать мощность велосипедиста. При этом существует три сценария повышения этого показателя:

Из этого следует, что при повышении выходной мощности и увеличении веса спортсмена показатель не будет расти. То же самое происходит и в случае, если спортсмен сбрасывает вес и при этом снижает выходную мощность. В таблице 1 хорошо видно соотношение веса к мощности и то, каким образом показатель растет при увеличении выходной мощности и уменьшении веса.

Теперь представим, что 90-килограммовый велосипедист хочет улучшить показатель мощности на единицу веса. Если он сбросит порядка 10 кг, показатель вырастет с 3 до 3,4 Вт/кг. Это более простое решение, чем сохранение веса на прежнем уровне и попытки увеличить выходную мощность 300 Вт.

Какой показатель мощности к единице веса считается хорошим

Каким должно быть отношение мощности к весу? Это зависит от периода времени и профессионализма спортсмена. Нагляднее видно в таблице 2 (см. ниже).

Табл. 2. Типичное соотношение мощности и веса для различной спортивной подготовки велосипедиста

Неудивительно, что профессионалы получают максимально высокий показатель соотношения мощности и единицы веса в любой промежуток времени. Если сравнивать с новичками и любителями, профессионал может ехать практически с максимальной мощностью, а утомляемость его мышц значительно ниже, чем у новичка или любителя.

Что влияет на показатель мощности на единицу веса на холмистых и ветреных участках

Как мы знаем, перемещение массы вверх подразумевает противодействие силе земного притяжения. Это объясняет, почему показатель мощности на единицу приобретает такое большое значение при подъеме.

Для наглядности давайте сравним требования к мощности для 70- и 80-килограммового велосипедиста на 6-килограммовом велосипеде по дороге с уклоном 7% на скорости 16 км/ч при постоянном ветре. С помощью параметров прокатки и воздушного сопротивления можно подсчитать, что 80-килограммовый спортсмен должен поддерживать среднюю выходную мощность на уровне 298 Вт; при этом необходимый показатель соотношения мощности на единицу веса составляет 3,73 Вт/кг. В свою очередь, 70-килограммовому спортсмену нужно всего 266 Вт выходной мощности при тех же условиях, и показатель мощности на единицу веса составит уже 3,80 Вт/кг.

Исходные условия: два велосипедиста, велосипед весом 6 кг, скорость движения 16 км/ч, уклон дороги 7%

Почему так? Простыми словами, помимо выходной мощности, которая напрямую связана с массой тела спортсмена (из-за подъема в гору), существует дополнительная работа, выполняемая при выталкивании воздуха (т. е. преодоление сопротивления воздуха), одинаковая для обоих спортсменов. С повышением скорости увеличивается и сопротивление воздуха. Важно помнить, что чем тяжелее велосипедист, тем больше площадь тела, на которую приходится воздушное сопротивление, следовательно, такому атлету ехать тяжелее.

Приведем еще один пример. Предположим, спортсмены едут в два раза быстрее (32 км/ч), а уклон дороги составляет 3,5%. Тогда показатели изменятся следующим образом:

Как мы видим, чтобы поддерживать такую скорость, более тяжелому спортсмену нужно приложить больше усилий и ехать с большей выходной мощностью.

Как обстоят дела на практике

Конечно, чем холмистее дорога, по которой едет велосипедист, тем важнее соотношение мощности и веса. А если показатель мощности на единицу веса идентичен для нескольких спортсменов, то спортсмен с более высокой мощностью окажется быстрее. Например, если один велосипедист весит 80 кг и его мощность педалирования составляет 240 Вт, а второй весит 70 кг и его удельная мощность составляет 210 Вт, то их показатель мощности на единицу веса будет равен 3 Вт/кг. Но первый спортсмен будет ехать быстрее, так как его выходная мощность выше и он легче преодолеет сопротивление воздуха. Чем ровнее дорога, тем важнее абсолютная мощность. Чем холмистее дорога, тем большее значение приобретает показатель мощности на единицу веса.

Проверка вашей выходной мощности

Для подсчета вашего показателя мощности на единицу веса нужно знать всего два параметра: ваш вес и максимальную выходную мощность. Первый параметр измерить очень просто — достаточно встать на весы. Для измерения второго параметра нужно узнать выходную мощность. Сделать это можно с помощью измерителя уровня мощности на обычном велосипеде или на велотренажере с использованием точного ваттметра (например, датчика на WattBike).

Чтобы измерить максимальную стабильную аэробную способность, едьте на велосипеде в течение 10 минут, чтобы в достаточной мере разогреться. Отдохните несколько минут, а затем едьте на максимуме своих возможностей в течение 20 минут и зафиксируйте средний цифровой показатель. Это будет вашей максимальной стабильной аэробной способностью за 20 минут. Ваш часовой показатель будет на 5-10% ниже, а вот пятиминутный показатель будет выше прим. на 10%.

Советы по улучшению вашего показателя мощности на единицу веса

Как мы убедились выше, повышение мощности, понижение веса или сочетание этих факторов способно существенно повлиять на этот показатель. Но как можно добиться максимума? Это зависит от опыта и подготовки велосипедиста:

Новички

Чем больше километров вы проедете, тем выше будет ваше соотношение мощности и единицы веса. Вы не только увеличите свою аэробную способность, но и, вероятно, сбросите лишние килограммы. Например, если вы похудеете с 86 до 82 кг и увеличите 20-минутный показатель выходной мощности с 210 до 235 Вт, ваше соотношение мощности и единицы веса увеличится с 2,4 Вт/кг до 2,9 Вт/кг.

Опытные спортсмены

Вам нужно несколько больше, чем просто увеличение количества преодоленных километров. Безусловно, количество преодоленных километров поспособствует снижению веса, но увеличит вероятность усталости и выгорания. Более того, попытки снизить вес, когда процент жира в организме и так маленький, приведет также к потере мышечной массы. Оптимальным решением будет включить в план тренировок специфические упражнения для увеличения выходной мощности, а именно интервальные тренировки (долгие и короткие, но более интенсивные). Кроме того, рекомендуем добавить серии подъемов в гору с небольшими передышками. Обращаем ваше внимание на то, что такие усиленные тренировки требуют достаточного периода отдыха для адаптации мышц к нагрузкам и их полноценного восстановления.

Силовые тренировки

Для опытных и выносливых спортсменов можем также порекомендовать силовые тренировки. В ходе исследований было установлено, что тренировки с сильным сопротивлением отлично прорабатывают мышцы, задействованные при велозаезде (квадрицепсы, мышцы задней поверхности бедра, ягодицы и икроножные мышцы), а также повышают выносливость этих мышц, позволяя выдерживать большую нагрузку во время активных велотренировок или в период снижения веса.

Питание

Независимо от степени вашего профессионализма в велоспорте, здоровое и правильное питание с минимальным количеством сахара, отказом от сильно обработанных продуктов с высоким содержанием жира поможет улучшить показатель мощности на единицу веса. Достаточное употребление нежирной белковой пищи окажет положительное влияние на мышцы, особенно после тренировок. Белок нужен организму для восстановления после занятий, а также для предотвращения потери мышечной массы в период высоких спортивных нагрузок. Употребление в пищу продуктов, богатых витаминами, микро- и макроэлементами, также позволит улучшить общее самочувствие, наполнить организм полезными веществами и создать необходимый питательный резерв для новых спортивных свершений.

Источник

Об эффективности велосипеда

КПД велосипеда и в биологическом, и в механическом отношении очень высок. Исследователи подсчитали, что с точки зрения затрат количества энергии, которое человек должен потратить на преодоление заданного расстояния, велосипед является наиболее эффективным самодвижущемся транспортных средств. С механической точки зрения с педалей на колёса передаётся до 99% энергии, хотя использование механизма переключения передач может уменьшить эту величину на 10-15%. С точки зрения соотношения веса полезного груза, который велосипед может везти к общему весу, то велосипед является также наиболее эффективным средством транспортировки грузов.

Энергетическая эффективность

Рис. 1. Зависимость требуемой мощности от скорости велосипеда.

На твёрдой, плоской поверхности человеку весом 70 кг требуется энергия около 30 Вт, что бы двигаться со скоростью 5 км/час. Тот же человек на велосипеде, находясь на той же поверхности и расходуя ту же мощность, может двигаться со средней скоростью 15 км/ч, так что расход энергии в кКал/(кг*км) будет примерно в три раза меньше. Обычно используются такие цифры:

Даже при движении на умеренных скоростях большая часть энергии тратится на преодоление аэродинамического сопротивления, которое увеличивается пропорционально квадрату скорости. Таким образом, мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха возрастает пропорционально кубу скорости.

Типичные велосипедные скорости

Типичные скорости для велосипедов лежат в диапазоне от 15 до 30 км/ч. На быстром гоночном велосипеде, средний гонщик может ехать на скорости 50 км/ч по ровной поверхности в течение коротких отрезков времени. Самая высокая скорость, официально зарегистрированная для транспортного средства, приводимого в действие мускульной энергией при движении по ровной поверхности в безветренную погоду и без внешней помощи (то есть перед транспортным средством не двигалась какая-либо машина или мотоцикл) составила 133,284 км/ч. Этот рекорд был установлен Сэм Уиттингем в 2009 году в Варне. В 1989 году во время гонок через всю Америке группа транспортных средств, приводимых в действие мускульной энергией пересекла Соединённые Штаты всего за 6 дней. Самая высокая скорость, официально зарегистрированная при езде на велосипеде с обычной вертикальной посадкой гонщика при прочих равных условиях составила 82,52 км/ч на дистанции более 200 метров. Этот рекорд был установлен в 1986 году Джимом Гловером на велосипеде модели «Мультон АМ7» на третьем международном научном симпозиуме транспортных средств, приводимых в действие мускульной в Ванкувере.

Вес против мощности

Был проведён крупный конкурс, задачей которого ставилось снижение веса гоночных велосипедов за счёт использования современных материалов и компонентов. Кроме того, в современных колёсах стоят подшипники с низким коэффициентом трения, используются и другие возможности для снижения сопротивления, однако в проведённых испытаниях эти компоненты практически не влияли на характеристики велосипеда во время езды по ровной дороге. Например, снижение веса велосипеда на 0,45 кг даст тот же эффект при соревновании на время на 40 километровой дистанции по ровной дороге, что и удаление какой-либо выступающей части, имеющей площадь аэродинамической поверхности размером с карандаш. Кроме того, международный союз велосипедистов устанавливает ограничение на минимальный вес велосипеда, который будет допущен до участия в гонках, чтобы препятствовать создание настолько тонких конструкций велосипедов, что их использование будет небезопасным. По этой причине при разработке последних моделей велосипедов все усилия были направлены на снижение аэродинамического сопротивления путём применения труб аэродинамической формы, плоских спиц на колёсах, и использования такого руля, что бы положение туловища гонщика и его рук имело бы минимальное аэродинамическое сопротивление. Эти изменения могут существенно повлиять на характеристики, сокращая время прохождения дистанции. Меньший вес приводит к большой экономии времени при езде вверх по склону по холмистой местности.

Кинетическая энергия вращающегося колеса

Рассмотрим кинетическую энергию и «вращающиеся массы» велосипеда для того, чтобы изучить воздействие энергии вращения по сравнению с невращающимися массами.

Кинетическая энергия объекта при поступательном движении определяется по формуле

Угловая скорость связана с поступательной скоростью и радиусом шины. Если нет скольжения, то угловая скорость будет определятся по формуле:

когда вращающиеся массы двигаются по дороге, то полная кинетическая энергия равна сумме кинетической энергии поступательного и вращательного движений:

Подставив в предыдущее выражение I и ω, получаем

E = 0.5mv 2 + 0.5mr 2 * v 2 /r 2

Слагаемое r 2 сокращается, и в результате получаем выражение

E = 0.5mv 2 + 0.5mv 2 = mv 2

Другими словами, кинетическая энергия вращающихся масс колёс в два раза больше, чем энергия неподвижных масс велосипеда. Есть доля истины в старой поговорке: «уменьшение веса колёс на фунт равно снижению веса рамы на 2 фунта».

Ещё одним интересным выводом из этого уравнения является то, что для велосипедных колёс, которые не скользят при движении, кинетическая энергия не зависит от их радиуса. Иными словами, преимущество колёс диаметром 650 мм в их низком весе, а не из-за их меньшего диаметра, как это часто утверждается. Кинетическая энергия для других вращающихся масс на велосипеде очень мала по сравнению с кинетической энергией колёс. Например, если вращать педали со скоростью примерно 1/5 от скорости колёс, то их кинетическая энергия составит около 1/25 (на единицу веса) от энергии колёс. Поскольку их центр масс движется по меньшему радиусу, то их энергия ещё больше снижается.

Перевод в килокалории

Эти 1,4 Ккал являются той энергией, которая необходима для разгона велосипеда с места, или же которая рассеивается в виде тепла при торможении для полной остановки. Этих 1,4 килокалорий хватит для того, что бы нагреть 1 кг воды на 1,4 градуса по Цельсию. Поскольку теплоёмкость алюминия составляет 21% от теплоёмкости воды, то этого количества энергии хватит что бы нагреть колёсные диски весом 800 грамм, сделанные из алюминиевого сплава, на 8° C при быстрой остановке. Обода нагреваются не очень сильно при остановке на ровной дороге. Чтобы рассчитать расход энергии велосипедистом, коэффициент полезного действия принимают за 24%, получится 5,8 ккал, необходимых для разгона велосипеда и гонщика до скорости 40 км/ч, что занимает около 0,5% энергии, необходимой для езды со скоростью 40 км/ч в течение часа. Этот расход энергии будет происходить за 15 секунд, со скоростью примерно 0,4 ккал в секунду, в то время как при устойчивой езде со скоростью 40 км/ч требуется 0,3 килокалорий в секунду.

Преимущества лёгких колёс

Преимущество лёгких велосипедов, и в особенности лёгких колёс относительно кинетической энергии заключается в том, что кинетическая энергия начинает проявлять своё влияние только тогда, когда скорость движения велосипеда изменяется, поэтому есть два случая, когда лёгкие колеса дают преимущество: в спринте и при преодолении крутых поворотов в критериуме.

В спринте на дистанцию 250 м при движении со скоростью от 36 до 47 км/ч, при весе велосипеда и спортсмена 90 кг, плюс ещё 1,75 кг веса колёс (ободы, шины, спицы) кинетическая энергия увеличивается на 6360 джоулей (сжигаются 6,4 ккал). Если снизить общий вес ободов, шин и спиц на 500 г, то эта кинетическая энергия уменьшится на 35 Дж (1 ккал = 1,163 Ватт-час). Влияние этой экономии веса на скорость или пройденное расстояние довольно сложно вычислить, необходимо знать мощность, развиваемую спортсменом и длину спринтерской дистанции. Расчёты показывают, что снижение массы колёс на 500 грамм даст выигрыш для спринтера в во времени 0,16 секунд, и выигрыш в пройденном расстоянии 188 см. Если сделать колёса аэродинамическим, то выигрыш составит 0,05 км/ч при скорости 40 км/ч, польза от снижения веса будет пренебрежительна мала по сравнению с пользой, полученной от аэродинамической формы колёс. Для сравнения, лучшие велосипедные колёса аэродинамической формы дают выигрыш около 0,6 км/ч при скорости 40 км/ч, так что в спринте стоит применить комплект колёс аэродинамической формы весом 500 г и меньше.

Более лёгкие велосипеды легче преодолевают подъёмы, но влияние «вращающейся массы» является проблемой лишь во время быстрого ускорения, но и даже тогда оно мало.

Объяснения

Возможные технические объяснения широко заявленных преимуществ лёгких компонентов в целом, и лёгких колёс в частности, заключается в следующем:

Другим объяснением, конечно, может быть маркетинговые преимущества, связанные с продвижением идеи снижения веса.

В конце концов аргумент о «возростающем потреблении мускульной энергии» является единственным, который может поддержать заявленные преимущества лёгких колёс в тех ситуациях, где нужен быстрый разгон. Этот аргумент должен был бы утверждать, что если велосипедист находится уже на пределе усилий на каждом рывке или при каждом нажатии педалей, то небольшое количество дополнительной мощности, необходимре для компенсации лишнего веса, будет являться значительной физиологической нагрузкой. Не ясно, верно ли это утверждение но это единственное объяснение заявленных преимуществ от снижения веса колёс (по сравнению со снижением веса остальной части велосипеда). Для этих ускорений, не имеет разницы, стали ли легче колёса на полкилограмма или на килограмм стал легче вес велосипеда и спортсмена. Чудодейственность лёгких колёс (по сравнению с уменьшением веса в любой другой части велосипеда) трудно увидеть.

Источник

Что такое мощность в велоспорте

Разбираемся, что такое мощность, зачем она нужна для спортсменов, какие у нее особенности и преимущества для тренировок.

Несколько интересных фактов о Мощности:

Почему нужно тренироваться по мощности?

SRM разработала свою первую систему измерения мощности более 30 лет назад, в 1986 году. Тогда эти устройства стоили очень дорого и использовались только для профессиональных спортсменов. Вместе с развитием технологий произошло значительное снижение цен на измерители мощности. Ценник изменился на порядок: из тысяч в сотни долларов. И мы скажем вам один важный факт: покупка измерителя мощности – самая лучшая инвестиция в повышение качества тренировок.

До мощности спортсмены тренировались по пульсу и самочувствию. Эти показатели не так информативны как мощность. Именно поэтому измерители мощности стали самым главным инструментом для анализа тренировок профессиональных спортсменов.

С помощью измерителя мощности вы получаете информацию о всей работе, которую совершает организм во время активности. Велокомпьютер выдает простое число в Ваттах, точно показывающее насколько хорошо (или плохо) вы едете. Эта особенность является основным преимуществом мощности перед другими показателями, например, ЧСС.

Говоря иными словами, измеритель мощности никогда не лжет. Наоборот, на ЧСС влияют масса факторов, таких как усталость, температура, гидратация. Более того, ЧСС медленнее реагирует на возрастающие усилия, в то время как измеритель мощности передает точные данные о выходной мощности в любой конкретный момент времени. Совместное использование измерителя мощности и монитора сердечного ритма позволит увидеть полную картину реакции организма на тренировки.

Преимущества и особенности использования мощности для тренировок

Использование мощности при занятиях велоспортом позволит значительно повысить эффективность тренировок. Во время интервальных работ вы сможете избегать перегрузок, лучше восстанавливаться перед ответственными стартами, дозировать нагрузку во время гонок. Использование мощности сокращает тренировочное время для достижения поставленных целей: вы будете тренироваться меньше, а эффект от таких тренировок будет больше.

Используя данные о мощности вы сможете:

Особенности тренировок по мощности

Первые шаги использования данных о мощности:

Если вы уже купили измеритель мощности и установили его на велосипед, то ниже вы найдете краткий Action Plan (план действий), который раскроет ваш потенциал как велосипедиста.

Теперь вы знаете:

— что такое мощность,
— почему нужно тренироваться по мощности,
— преимущества и особенности тренировок по мощности,
— первые шаги при использовании мощности.

Источник