A relação de transmissão afeta a potência?

Permitam-me prefácio dizendo que este pode não ser o SE certo. Pensei em perguntar no Departamento de Física, mas pensei em tentar aqui primeiro. Se estiver errado, não sou contra a migração.

Dos princípios básicos da física, o poder é calculado como trabalho / tempo. Portanto, considere um sistema de ciclista e bicicleta subindo uma colina. O trabalho realizado é a diferença de potencial de baixo para cima e, obviamente, o tempo será de subida.

Agora, minha pergunta é:

Dado o mesmo ciclista, o mesmo peso da bicicleta e o mesmo tempo de subida, sua engrenagem afeta a potência? Suponha também que a subida seja eficiente, sem escorregões, pedalada normal etc.

Do ponto de vista físico, espero que a resposta seja não. A mesma diferença de potenciais, a mesma hora, o mesmo poder. No entanto, da perspectiva do piloto, eu sei que parece que muito mais poder está sendo usado para escalar com uma proporção mais difícil.

Espero que a resposta seja que a disparidade advenha da idealização do sistema. Se considerarmos a bicicleta um sistema fechado, esperamos que toda a energia aplicada nela suba a colina, mas esse não é o caso. Além disso, acho que a ineficiência do corpo humano será relevante. No entanto, ainda não consigo resolver a questão.

Eu suspeito que você quer dizer eficiência em vez de poder.

Na minha opinião, o principal compromisso é entre o aumento das perdas biomecânicas a rpm mais altas (basicamente atrito muscular) e o fluxo sanguíneo diminuído com forças mais altas a rpm mais baixas. A balança depende do piloto e da duração.

No IHPVA Journal of Human Power, Edição 45 (pdf, índice aqui ), está um artigo chamado Maximum Human Power, onde eles falam sobre Tyler Hamilton ganhando a escalada do Monte Washinton em 51 minutos:

"ele montou grande parte da escalada, no entanto, na engrenagem de 23 dentes e fez vários picos no 21." Se ele tivesse rodas de 700 mm, como parece provável, sua cadência média teria sido de 63 RPM.

Vale a pena ler todo o artigo, e talvez valha a pena procurar no índice por artigos semelhantes.

O outro lado é que os velocistas superiores costumam ultrapassar as 150rpm no sprint final. Nesse ponto, eles estão trocando eficiência biomecânica por potência de pico. Eu costumava atingir pico de mais de 900W por 10 segundos (> 8W / kg) a cerca de 130rpm, mas meu desempenho de cerca de 350W em horas usava uma cadência de cerca de 80-90rpm.

A resposta real é específica para você. Depende da forma do seu corpo, tipo de músculo, condicionamento físico e fatores mais transitórios. Essa também é uma pergunta melhor respondida pelo experimento e deve fazer parte do seu cronograma de treinamento, se você estiver competindo. Caso contrário, sugiro encontrar uma subida em que você monta regularmente e mantenha um diário de treinamento .

Também houve muita discussão sobre a hidratação para longas subidas. É melhor hidratar e começar mais pesado, ou ficar um pouco desidratado para pesar menos? O IIRC concluiu que a hidratação era melhor, mas não encontro a referência.

Dado o mesmo ciclista, o mesmo peso da bicicleta e o mesmo tempo de subida, sua engrenagem afeta a potência? Suponha também que a subida seja eficiente, sem escorregões, pedalada normal etc.

Bem, isso depende de qual "poder" você está medindo :-).

Obviamente, a força exercida pela bicicleta como um todo é a mesma - se estiver se movendo na mesma velocidade, é a mesma força.

No entanto, o poder que seu corpo exerce pode ser diferente, por várias razões:

• Os músculos provavelmente têm um nível de velocidade e força onde são mais eficientes; portanto, a energia / potência química que seu corpo deve exercer para produzir movimento muscular será diferente.
• Os vários processos de perda de energia devido à flexão, atrito, etc. provavelmente serão diferentes, dependendo da engrenagem. Por exemplo, nas engrenagens inferiores, haverá um movimento mais rápido da corrente (portanto, mais atrito); por outro lado, a tensão da corrente será menor, o que provavelmente reduz o atrito. Além disso, nas engrenagens inferiores, a flexão da estrutura em resposta às forças da corrente provavelmente será menor.

Minha impressão é (embora eu não tenha fontes para me apoiar) de que geralmente o sistema humano é mais eficiente em termos de energia (ou seja, a melhor proporção de força do pedal ao esforço) em cadências em torno de 90-100 RPM, então é isso que um ciclista deve lutar por.

Curiosamente, a melhor cadência para a potência máxima é aparentemente muito menor, é por isso que os ciclistas profissionais usam engrenagens altas e cadências baixas para sprints - no entanto, isso é muito mais cansativo que as cadências mais altas, tão ineficiente a longas distâncias.

Talvez seja a diferença entre o que você chama de trabalho 'isotônico' versus ' isométrico '?

O que quero dizer é que, por exemplo, é preciso muito esforço humano (força, poder ou trabalho) para tentar mover um objeto imóvel: empurrar contra uma parede ou algo assim.

Em uma marcha muito alta, você empurra, empurra e não vai a lugar nenhum (muita energia para ir a lugar nenhum => 0% de eficiência).

Em equipamentos muito baixos, é muito fácil: você gira contra nenhuma resistência; sua taxa de rotação é limitada a aproximadamente 120 rpm, ou seja, não pode aumentar infinitamente; portanto (baixa força e RPM limitado), você fica limitado na quantidade de energia que gasta (é menor que a sua potência máxima teórica).

Possivelmente, existe uma ' cadência ' eficiente (talvez 90 RPM) que você pode usar em todos os terrenos (para cima, para baixo, nível), e a coisa certa (a maneira correta de usar as engrenagens) é ajustar continuamente a engrenagem para o terreno para: a) manter uma cadência constante e eficiente (por exemplo, 90 RPM); b) mantenha uma força / potência de saída suficientemente alta nessa cadência (por exemplo, se parecer fácil demais, mude para uma marcha mais alta ou, se for muito difícil, mude para uma marcha mais baixa, para manter a cadência).

Obviamente, a relação de transmissão afeta o poder "potencial" que você pode produzir. Considere um esforço muscular máximo para subir uma colina íngreme. Negligenciando o atrito da corrente e outros efeitos secundários, você subirá a colina o mais rápido com a maior potência que seus músculos podem produzir. Observe que potência = kx torque x cadência (em que k é apenas uma constante que determina as unidades de potência (watts, cavalos de potência etc.). Digamos que você esteja usando uma marcha muito alta para não poder avançar no (sua cadência é 0). Na cadência 0, seu torque está no máximo que pode ser e sua potência é 0. À medida que você aumenta sua cadência (diminuindo a taxa de marchas), seu torque diminui. cadência (que é proporcional à potência) aumenta. À medida que você aumenta sua cadência, diminuindo sua relação de marchas, você finalmente alcançará a cadência energeticamente ótima (EOC). No EOC, a potência que seus músculos podem produzir é máxima. O aumento da cadência acima do EOC reduz sua potência potencial máxima.

Bottom Line: Escolha a relação de transmissão que permite girar o mais próximo possível do EOC. Você escalará a colina mais rápida nesta cadência.

Nota: A curva de potência versus cadência parece uma parábola invertida. É um resultado direto do trabalho realizado por Archibald Vivian Hill, que ganhou o Prêmio Nobel por seu trabalho sobre este e muitos outros tópicos em biofísica. Observe também que a resistência máxima provavelmente ocorre em uma cadência menor que o EOC.

Existem vários fatores envolvidos aqui, portanto, qualquer resposta não é simples. Primeiro, como Leon observou, você recebe zero de força nas rodas quando a marcha é tão difícil que você não consegue se mover. E você obtém uma potência extremamente pequena nas rodas quando a relação de marchas é tão fácil que você gira a 200 RPM.

Mais importante, porém, o poder MÉDIO durante um período de tempo depende muito dos detalhes de como os músculos funcionam. Principalmente, há exercícios AEROBIC vs ANAEROBIC. Com o ciclista comum, com açúcar no sangue normal, qualquer corrida acima de 80 RPM será bastante aeróbica, e qualquer corrida (meio desafiadora) abaixo de 60 RPM terá uma grande peça anaeróbica. O exercício aeróbico queima açúcar no sangue, mas o exercício anaeróbico queima glicogênio armazenado nos músculos.

Por curtos períodos de tempo (quão curto, dependendo da intensidade do exercício e da quantidade de fluxo sanguíneo existente), os músculos de boa saúde podem queimar glicogênio tão eficientemente quanto a glicose no sangue, mas a quantidade de glicogênio armazenada nos músculos é suficiente apenas para talvez 15 a 30 minutos de exercícios de alta intensidade (embora com treinamento especificamente voltado para o aumento das reservas de glicogênio no corpo, isso possa ser aumentado para várias horas).

Assim, andar em uma marcha "difícil" que produz uma RPM baixa esgota mais rapidamente o glicogênio muscular e leva a uma fadiga mais rápida. E, obviamente, à medida que você cansa, sua produção diminui. (E, é claro, andar com uma engrenagem muito "fácil" resulta em RPMs excessivamente altas, e a RPM "ideal" do piloto geralmente fica abaixo de 100.) Nesse meio tempo, você está trocando um consumo modesto de glicogênio versus uma potência muscular um pouco maior. pode envolver os músculos "contração lenta" e alguns outros fatores. (Lembre-se de que você precisa do glicogênio para situações curtas e de alta demanda, como subir uma colina curta e íngreme sem reduzir a marcha. Você pode realmente ferir os músculos em algumas circunstâncias se o glicogênio estiver totalmente esgotado.)

(E também há o ponto de considerar que, em indivíduos suscetíveis, pode-se causar lesão no joelho, usando sempre uma engrenagem muito difícil.)

Para meu entendimento, não deveria. A explicação mais simples é que a energia é igual à energia em tempos de eficiência (a eficiência é a perda de energia devido ao atrito, resistência ao ar, resistência ao rolamento, calor, etc.). Mudar de marcha não altera a potência (essa parte é toda sua), nem altera a eficiência mecânica. Portanto, a saída de energia não muda.

Um pouco mais profundo, poder é o trabalho total realizado ao longo do tempo total ( P_avg = ΔW/Δt). Nesse caso, estamos considerando o mesmo em durações idênticas, portanto Δté constante. Em um contexto rotacional, Wé o torque (força rotacional) exercido vezes a velocidade angular (velocidade rotacional), ou W = τθ. Uma engrenagem apenas altera a relação entre torque e velocidade angular, mantendo uma saída de trabalho constante. Em outras palavras, a marcha mais alta pode exigir o dobro do torque, mas os pedais giram metade da velocidade. Uma marcha mais baixa pode permitir que você gire duas vezes mais rápido, mas você estará usando metade do torque. Como a saída de trabalho é a mesma, a saída de energia é a mesma.

Como isso afeta a velocidade da roda? Bem, o mesmo também W = τθafeta as rodas, mas ao contrário (as rodas o veem ao contrário: imagine se você estivesse pedalando na roda dentada e as rodas estivessem presas ao suporte inferior). Uma marcha mais baixa colocará mais torque nas rodas (permitindo alta aceleração), mas terá velocidade angular correspondentemente baixa (velocidade de rotação). Uma marcha mais alta não coloca muito torque nas rodas (é por isso que é tão difícil de acelerar), mas as faz girar como loucas. Tão idealmente, estar na velocidade máxima possível lhe daria a maior velocidade.

No entanto, é aí que o corpo humano entra em cena. Temos dois sistemas complementares para geração de energia: o sistema cardiovascular, que produz menos energia, mas por durações muito longas, e o sistema muscular, que se destaca pela produção de alta potência, mas apenas por um curto período de tempo. Idealmente, quando não estiver correndo, você deseja que ambos os sistemas produzam o máximo de energia possível. A soma dessa potência (menos perdas de eficiência) será sua potência total, e a mudança de altitude, resistência ao rolamento e sua aerodinâmica determinarão qual proporção dessa potência será finalmente usada para torque versus distância (e, portanto, sua relação de marchas) .

Espero que ajude.

Não, as relações de transmissão e ganho não afetam a potência. Enquanto você estiver certo ao assumir que seria diferente do piloto, se as outras três variáveis ​​forem iguais, a taxa de potência será a mesma. Nesse caso, em uma relação de marcha "mais fácil", a cadência exigiria um aumento significativo para manter o mesmo tempo de subida (velocidade) e, se o ciclista for idêntico, a taxa de trabalho será idêntica. O aumento na velocidade do pedal compõe a diferença no gasto em potência em comparação com a marcha "mais dura" em uma cadência mais baixa.