Potência de saída em diferentes densidades de ar

Os fatores que influenciam a densidade do ar são: Altitude, Temperatura do ar, Umidade do ar e Pressão barométrica. Calculadora: http://barani.biz/apps/air-density/

Como a condução em diferentes densidades de ar afeta a potência e a velocidade?

Voltando a esta questão, há algumas considerações.

O PO mencionou apenas a pressão do ar (barométrica) e não necessariamente a altitude. Começarei apenas com pressão barométrica e voltarei ao impacto da altitude.

As variações típicas de pressão barométrica na mesma altitude e, portanto, o impacto na pressão parcial de oxigênio (O2), não são tão grandes que podem ser percebidas pela capacidade de gerar energia; no entanto, são suficientes para impactar a velocidade que se pode obter por uma dada potência. Pode não ser tão perceptível em geral andando pela cidade, mas os pilotos de contra-relógio serão capazes de alcançar tempos mais rápidos ou mais lentos, dependendo da pressão barométrica.

Uma variação de 10% na pressão do ar na mesma altitude não ocorrerá. por exemplo, a diferença entre o dia de pressão muito baixa (por exemplo, um ciclone de categoria 2 a 3 com zona de baixa pressão central a 970 hPa) e a pressão muito alta (por exemplo, dia fino a 1030 hPa) é de apenas 6%.

Como é improvável que você ande em um furacão ou ciclone, as flutuações na pressão barométrica para as condições em que você realmente passará normalmente são apenas um par de por cento. Mesmo assim, para um piloto de contra-relógio, em um percurso de 40 km, a diferença na densidade do ar entre os dias de baixa e alta pressão pode resultar em uma diferença de 30 segundos no tempo no percurso, sendo todas as outras coisas iguais.

A densidade do ar pode variar mais do que isso, devido apenas a mudanças na pressão barométrica. A densidade do ar é principalmente uma função da pressão barométrica, temperatura e altitude do ar.

A densidade do ar aumenta com o aumento da pressão barométrica e diminui com o aumento da temperatura e da altitude. A umidade tem um impacto muito pequeno (desprezível) na densidade do ar, mas por uma questão de completude, o aumento da umidade reduz um pouco a densidade do ar.

Impacto da altitude no desempenho

Se considerarmos o impacto da altitude no desempenho do ciclismo, como outros já disseram, existem dois fatores principais:

Eu. o impacto fisiológico na sua capacidade de gerar energia sustentável, à medida que a pressão parcial do O2 diminui com o aumento da altitude, e

ii. o impacto da física à medida que a densidade do ar diminui, o que significa que é possível atingir uma velocidade mais alta para a mesma potência (ceteris paribus).

O impacto fisiológico

À medida que subimos a altitudes mais altas e a queda na densidade do ar, o ar "mais fino" significa uma redução na pressão parcial do oxigênio, que afeta negativamente a produção de energia que podemos sustentar através do metabolismo aeróbico. Essa perda de energia pode chegar a 20% ou mais, dependendo de quão alto vamos e de nossa resposta individual à altitude.

Existem alguns artigos publicados examinando o impacto da altitude no desempenho atlético aeróbico e, a partir dessas fórmulas para estimar a perda de potência em função da altitude, foram desenvolvidos. Houve um artigo de 1989 de Peronnet et al., E dois de 1999 de Bassett et al., Um para atletas aclimatados e não aclimatados. Além disso, eu criei uma quarta fórmula, baseada no estudo de 2007 de Clark et al. Os documentos relevantes são:

Péronnet F, Bouissou P, Perrault H, Ricci J .: Uma comparação dos registros de tempo dos ciclistas de acordo com a altitude e os materiais utilizados.

Bassett DR Jr, Kyle CR, Passfield L, Broker JP, Burke ER .: Comparando recordes mundiais de ciclismo, 1967-1996: modelagem com dados empíricos.

Clark SA, Bourdon PC, Schmidt W, Singh B, Cable G, Onus KJ, Woolford SM, Stanef T, Gore CJ, Aughey RJ .: O efeito da altitude moderada simulada aguda na potência, desempenho e estratégias de estimulação em ciclistas bem treinados .

Peronnet et al. Usaram dados empíricos dos registros reais das horas de ciclismo no mundo para estimar o impacto da altitude na potência de um ciclista de elite. As suposições usadas na estimativa da perda de potência induzida pela altitude podem ter algum erro; em particular devido aos métodos utilizados para estimar a potência de cada ciclista, pois nem a potência nem o coeficiente de resistência aerodinâmica foram realmente medidos.

De acordo com o antigo item de FAQ do fórum Wattage, do Dr. David Bassett, Jr., As duas fórmulas de Bassett e cols foram derivadas de trabalhos anteriores que examinavam o impacto da altitude no desempenho aeróbico de quatro grupos de corredores altamente treinados ou de elite. Portanto, embora essas fórmulas não tenham sido derivadas de ciclistas, ainda podemos generalizá-las para a perda de capacidade aeróbica para ciclistas.

Finalmente, o estudo de Clark et al mediu o impacto no pico de utilização de oxigênio (VO2), eficiência bruta e potência de ciclismo em dez ciclistas e triatletas bem treinados, mas sem altitude, testando ciclistas em altitudes simuladas de 200, 1200, 2200 e 3200 metros. Eles examinaram vários fatores, incluindo potência máxima de 5 minutos, VO2 e eficiência bruta em relação ao desempenho a 200 metros, bem como VO2 submáximo e eficiência bruta.

Usei esses dados para gerar uma fórmula semelhante à de Peronnet et al e Bassett et al (que compõem os números na tabela listada em uma das outras respostas). Obviamente, existe uma suposição de uma redução equivalente na potência de 1 hora como na potência de 5 minutos. Clark et al. Observaram reduções ligeiramente maiores no pico do VO2 do que na potência máxima de 5 minutos e nenhuma alteração na eficiência bruta na potência máxima de 5 minutos com altitude. Portanto, há alguma contribuição metabólica anaeróbica, presumivelmente compensando a diferença. Houve alguma perda de eficiência submáxima observada em 3200 metros simulados.

Eu escolhi neste caso usar a redução na potência de 5 minutos em vez de diminuir o pico do VO2 como dados base da fórmula, e apliquei um ajuste para compensar a fórmula de equivalência no nível do mar para alinhar a fórmula com a fórmula por Peronnet et al. E Bassett et al. Obviamente, quando você olha para os dados relatados, é claro que há variações consideráveis ​​no grupo de teste em cada altitude simulada, portanto a fórmula é baseada nas médias de grupo para cada altitude simulada.

Aqui estão as fórmulas:

x = quilômetros acima do nível do mar:

Peronnet et al:
proporção da potência do nível do mar = -0.003x ^ 3 + 0.0081x ^ 2 - 0.0381x + 1

Bassett e cols. Atletas aclimatados em altitude (várias semanas em altitude): Proporção de potência no nível do mar = -0,0112 x ^ 2 - 0,0190x + 1 R ^ 2 = 0,973

Bassett e cols. Atletas não climatizados (1-7 dias em altitude): Proporção da potência no nível do mar = 0,00178x ^ 3 - 0,0143x ^ 2 - 0,0407x + 1 R ^ 2 = 0,974

Fórmula de Simmons baseada em Clark et al: proporção da potência do nível do mar = -0,0092x ^ 2 - 0,0323x + 1 R ^ 2 = 0,993

e em forma de gráfico, eles têm a seguinte aparência:

Agora, lembre-se de que essas são médias para as amostras usadas em cada estudo e que existe variação individual; portanto, o impacto para qualquer indivíduo estará nesse intervalo, mas poderá ser mais ou menos.

O impacto da física

Agora, é claro, do ponto de vista do desempenho, você perde a potência conforme a altitude aumenta; no entanto, há um ganho de desempenho porque a menor densidade do ar significa que você pode viajar a uma velocidade mais alta para a mesma potência (e aerodinâmica).

A física é bastante direta e, ao contrário do impacto fisiológico, aplica-se igualmente a todos. Como exemplo, examinei a influência da altitude na física do recorde mundial das horas de ciclismo e mostrei como a redução na densidade do ar à medida que a altitude aumenta significa que é possível viajar mais rápido para a mesma potência ou, em outras palavras, a demanda de energia diminui a qualquer velocidade dada à medida que a altitude aumenta.

Isso resultou neste gráfico, que mostra a relação entre potência e taxa de arrasto aerodinâmico (W / m ^ 2) e altitude para velocidades que variam de 47 km / h até o recorde de 56.375 km / h de Chris Boardman.

Em essência, à medida que a altitude aumenta, a relação potência / resistência aerodinâmica reduz para a mesma velocidade.

O impacto líquido dos impactos fisiológicos e físicos

Bem, quando combinamos os dois, este é o resultado:

Deve ser razoavelmente simples de interpretar, mas mesmo assim fornecerei algumas explicações.

O eixo horizontal é a altitude e as linhas verticais escuras representam a altitude de várias trilhas ao redor do mundo.

O eixo vertical é a proporção da velocidade do nível do mar atingível.

As linhas coloridas curvas representam o impacto combinado de uma redução na potência usando cada uma das fórmulas destacadas acima, combinadas com a redução na densidade do ar, permitindo maiores velocidades para a mesma potência.

Por exemplo, se olharmos para a linha verde (Basset et al., Isso mostra que, quando um ciclista aumenta a altitude, ele é capaz de manter uma velocidade mais alta até cerca de 2.900 metros, e qualquer aumento adicional na altitude mostra um declínio na velocidade atingível, à medida que as perdas de potência começam a compensar a redução na densidade do ar.

A pista em Aigle Switerland representa um ganho de velocidade de cerca de 1% sobre Londres, enquanto andar em Aguascalientes proporcionaria um ganho de velocidade de 2,5% a 4%. Vá para a Cidade do México e você poderá ganhar um pouco mais, mas, como mostra o gráfico, as curvas começam a se achatar e, portanto, o equilíbrio risco x recompensa se aproxima mais do final mais arriscado do espectro.

A altitude, portanto, representa um caso de bons ganhos, mas retornos decrescentes à medida que o ar se torna mais raro. Quando você ultrapassa os 2.000 metros, os ganhos de velocidade começam a diminuir e, eventualmente, começam a diminuir, o que significa que há uma altitude de "ponto ideal".

Advertências, e há algumas, mas as mais importantes são:

• a altitude ideal de qualquer indivíduo dependerá de sua resposta individual à altitude

• as linhas plotadas representam médias para os grupos atléticos estudados;

• a fórmula usada tem um domínio limitado de validade, enquanto as linhas plotadas se estendem além disso;

• esses não são os únicos fatores de desempenho a serem considerados, mas são dois dos mais importantes.

Suspeito que a queda no desempenho com a altitude possa ocorrer um pouco mais acentuadamente para muitos do que é sugerido aqui. No entanto, os mesmos princípios se aplicam, mesmo que sua resposta pessoal à altitude esteja na extremidade inferior do intervalo, e é difícil imaginar por que alguém sugeriria que ir para pelo menos uma pista de altitude moderada é uma má idéia do ponto de vista do desempenho.

Se você quiser ler um pouco mais, abordarei essas questões em três itens de blog aqui:

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

O gráfico a seguir pode ser encontrado em um artigo interessante no blog Training Peaks . Com isso, você poderá ajustar seu nível de potência imediatamente.

A energia diminui à medida que a altitude aumenta. Mas o deslocamento é que a densidade do ar diminui em paralelo (até certo ponto). E é por essa razão que muitos registros de horas foram tentados em altitude. O ideal é aparentemente 3500m. Pelo que o aumento da velocidade supera a perda de energia. Daí a popularidade dos velódromos em La Paz (Bolívia) aos 3400m e do velódromo da Cidade do México aos 2230m.

Em relação à noção de pressão dos pneus e resistência ao rolamento - houve um artigo recente que desmascarou o mito sobre as altas pressões dos pneus - declarando a perda de energia criada pelas vibrações da alta pressão dos pneus, significando que a menor pressão dos pneus era realmente mais rápida do que o "normal" "superfícies de estrada.

http://www.wolfgang-menn.de/altitude.htm