Potência extra necessária subida para aumento de peso

Quanto significa peso ao subir uma colina?

Digamos que eu estou subindo uma montanha com 1000 m de altitude e é bastante íngreme: 10%. Digamos também que eu possa manter 250 watts. Se eu adicionar 1 kg de peso à bicicleta, posso determinar quanto mais lento (com o tempo) ficarei? Quantos segundos vou perder?

Por favor, mostre-me a fórmula e o cálculo disso e fique à vontade para elaborar sobre o assunto.

Presumindo que você esteja começando e parando completamente no topo da colina. O requisito simples é que você precisa de energia para mover o seu de baixo para cima. A maior parte da energia necessária será aumentar a energia potencial da carga útil (você e a bicicleta). Essencialmente, você criará energia cinética (movendo a bicicleta) convertendo energia química em seu corpo. Haverá perdas devido ao calor, atrito com a superfície da estrada e resistência ao ar.

Desconsiderando-os no momento (eles não são desprezíveis, mas complicam o cálculo).

Energia potencial (PE) = m * g * h

Onde:

m = massa

g = aceleração gravitacional

h = altura

O PE é proporcional a m, portanto, um aumento de 10% na massa aumentará o PE em 10%. Isso significa que você precisará de 10% mais de energia cinética para chegar ao topo da mesma colina.

Poder é um trabalho realizado (energia) dividido pelo tempo:

P = W / t

Onde:

P = Potência em watts

W = trabalho realizado ou energia em Joules

t = hora de fazer o trabalho.

Se seu poder é constante, podemos reorganizar a equação para obter

P = (m * g * h) / t

torna-se:

t = (m * g * h) / P

portanto, com força constante, gravidade e altura da colina, seu tempo aumentará proporcionalmente ao aumento de massa, dado pela equação acima.

Se não houver resistência do ar pelo vento se tornará menos relevante quanto mais lento você estiver. O atrito aumentará devido ao aumento de peso. A inclinação da colina é teoricamente irrelevante neste cálculo. Você está ganhando a mesma quantidade de energia potencial de gravitação quando tem a mesma massa na mesma altura. Portanto, teoricamente, não importa se a colina é 10% ou o dobro do comprimento e 5%.

No entanto, como você está gerando a energia, precisa criá-la a partir de energia química, e há muito que você pode gerar ao mesmo tempo. Seus músculos se tornarão ineficientes e, portanto, em morros mais íngremes, você poderá precisar de mais energia que os menos íngremes. Portanto, em uma colina mais íngreme, a resistência ao vento pode se tornar menos relevante, mas a relação potência (quanta energia você pode gastar ao longo do tempo) em relação ao peso se tornará o fator mais relevante.

O que estou tentando ressaltar no último parágrafo é que a energia que você precisa colocar em seu corpo e que seu corpo se converta em movimento para a frente não é a mesma que a energia cinética simples necessária para levá-lo ao topo da colina . No entanto, todas as coisas iguais a uma mudança de massa terão o mesmo efeito no tempo que afirmei nas equações.

Se eu em um passeio adicionar 1 kg de peso à bicicleta, quanto mais lento (com o tempo) ficarei?

Supondo que você e sua bicicleta tenham 100 kg de peso (em números redondos), 1 kg extra causa um aumento de 1% no peso, ou seja, um aumento de 1% na energia potencial associada à subida da colina.

Se a sua potência é constante, isso implica um aumento de 1% no tempo.

No entanto, parte da sua produção de energia superará a resistência ao vento e ao rolamento, e não à energia potencial. Se apenas metade do seu poder for para energia potencial (que depende do peso) e metade for constante (independente do peso), acho que isso implicaria um aumento de 0,5% no tempo.

Isso faz sentido, acho que não, sem dizer quantos watts eu produzo, digamos que eu faça 250W

O que escrevi acima não é afetado pelo seu poder total; a mudança é relativa e não absoluta: ou seja, é de 1%, não importa o que seja de 1%.

Parte do aceno manual na minha afirmação é "Se a sua potência é constante": o que é verdade se você tem um bom controle sobre suas engrenagens (para que você possa, como você sabe, reduzir a marcha em 1% para ajustar aumento de 1% no peso e, portanto, esforço).

A mudança não é realmente linear: por exemplo, se houvesse um aumento de 1000 kg no peso, ou seja, 1000% em vez de 1%, você precisaria se reduzir tanto que estaria indo tão devagar que não conseguiria ficar na vertical em uma bicicleta de duas rodas. Porém, para aumentos relativamente pequenos no peso, espero que a diferença de esforço (e, portanto, também, através do movimento da mão descrito acima, a diferença na duração) seja aproximadamente linear.

Um Joule é um medidor de Newton e também é um segundo de Watt. A gravidade é de cerca de 9,81 Newtons / kg.

Aumentar 1 libra a 1000 pés elevaria 0,4536 kg a 304,8 metros. Portanto, isso seria 9,81 * 0,4536 * 304,8 = 1356 Joules ou 1356 Watt-segundos.

Seu pico de produção de energia sustentada provavelmente está na faixa geral de 300 watts (e "cruzeiro" seria algo em torno da metade disso), então você teria que usar toda a sua energia por cerca de 4,5 segundos para elevar essa libra a 1000 pés. (Ou, para colocar em perspectiva, cerca de 19 minutos para elevar uma bicicleta de 250 libras + um cavaleiro de 1000 pés.)

Para os supostos 250 watts, seriam 5,4 segundos por uma libra ou 22,6 minutos por 250 libras. Isso produziria uma velocidade, a uma distância de 10.000 pés, de cerca de 8 km / h. (Observe que cair muito abaixo de cerca de 200 Watts produzirá uma velocidade muito lenta para permanecer na posição vertical, especialmente considerando que quanto mais devagar você for, mais energia será gasta tentando permanecer na posição vertical.)

Obviamente, isso está ignorando as perdas de resistência ao vento e ao rolamento e, portanto, o tempo necessário para "cobrir a distância" em terreno plano. A resistência ao rolamento seria praticamente a mesma do terreno plano, mas a resistência ao vento seria menor, já que você está se movendo mais devagar e a resistência ao vento é geralmente a maior das duas. Portanto, você precisa adicionar aos tempos acima talvez 1/2 ou 2/3 do tempo necessário para cobrir a mesma distância em terreno plano. Para uma nota de 10%, seria o momento de cobrir 10.000 pés ou cerca de 3 km. A 24 km / h, isso levaria cerca de 7,5 minutos, então adicione talvez metade disso.

Ratos - Acabei de perceber que a pergunta estava em kg e metros ...

"Se eu em um passeio (de 10.000 metros a 10%) adicionar 1 kg de peso à bicicleta, quanto mais lento (com o tempo) ficarei (assumindo uma saída de 250 watts)?":

Isso seria 9,81 * 1kg * 1000 metros * = 9810 watt-segundos. A 250 watts, isso representa 38,84 segundos de tempo adicional devido à adição de 1 kg.

E me ocorre ... que alguém poderia usar os mesmos cálculos para trás para calcular aproximadamente a potência em watts, dado um peso, uma velocidade média e uma inclinação média. Isso provavelmente seria mais preciso do que muitos outros esquemas de estimativa de potência.

Como já apontado pelas outras respostas, um quilograma adicional é bastante insignificante quando se trata apenas da energia potencial adicional necessária. Mas há outros fatores em que pode ter um efeito mais ou menos maior.

Em primeiro lugar, seu corpo não responde necessariamente linearmente a cargas mais altas. Contanto que você esteja em uma região em que possa fazer a subida sem fadiga perceptível, ficará um pouco mais lento com a mesma potência. Mas se a subida o levar aos seus limites, mesmo sem o peso adicional, cada grama adicional o levará ao seu limite um pouco mais cedo e tornará mais difícil continuar.

Além disso, a massa está desempenhando um papel importante toda vez que você precisa acelerá-la de alguma forma. Algumas coisas em que penso são:

• Suavidade da subida: a aproximação que diz respeito apenas à energia potencial funciona melhor, mais suave é a subida. Se você subir uma ladeira constantemente inclinada e pavimentada, na qual você pode assumir uma velocidade quase constante, não deve haver muita diferença. No entanto, se você pratica mountain bike de maneira a ter muita ação na bicicleta (suba degraus, tente manter a tração em terreno solto, alterne entre seções mais íngremes e mais planas), pode ser diferente.

• "Local" do peso adicional: pode fazer a diferença onde você adiciona o peso. O maior efeito será se você tiver peso adicional nas peças rotativas (rodas, trem de força). Mas também uma bicicleta mais pesada em si fará com que ela se sinta menos responsiva, o que fará com que seus músculos se cansem mais rapidamente se você precisar fazer muita coisa para lidar com bicicletas durante a subida (por isso, está novamente relacionado à suavidade da subida). Se você tivesse o peso adicional em sua mochila, isso teria um efeito muito menor.

Conclusão: Apenas do ponto de vista de energia potencial adicional, pode não fazer muita diferença, mas se você se preocupa com o manuseio ou a fadiga da bicicleta perto dos seus limites, isso terá um efeito maior.