Thêm sức mạnh cần thiết để tăng cân

Bao nhiêu cân nặng có nghĩa là khi đi lên dốc?

Giả sử tôi đang đi lên một ngọn núi có độ cao 1000 m và nó khá dốc: 10%. Chúng ta cũng hãy nói rằng tôi có thể duy trì 250 watt. Nếu tôi thêm 1 kg trọng lượng vào xe đạp, tôi có thể xác định mình sẽ chậm hơn bao nhiêu (trong thời gian) không? Tôi sẽ mất bao nhiêu giây?

Xin vui lòng chỉ cho tôi công thức và tính toán của điều này, và cảm thấy thoải mái để xây dựng trên toàn bộ chủ đề.

Giả sử bạn đang bắt đầu đứng và đến điểm dừng hoàn toàn trên đỉnh đồi. Yêu cầu đơn giản là bạn cần năng lượng để di chuyển từ dưới lên trên. Hầu hết năng lượng cần thiết sẽ là để tăng năng lượng tiềm năng của trọng tải (bạn và xe đạp). Về cơ bản, bạn sẽ tạo ra động năng (di chuyển xe đạp) bằng cách chuyển đổi năng lượng hóa học trong cơ thể. Sẽ bị mất do nhiệt, ma sát với mặt đường và sức cản không khí.

Bỏ qua chúng trong thời điểm này (chúng không đáng kể, nhưng làm phức tạp tính toán).

Năng lượng tiềm năng (PE) = m * g * h

Ở đâu:

m = khối lượng

g = gia tốc trọng trường

h = chiều cao

PE tỷ lệ thuận với m, vì vậy khối lượng tăng 10% sẽ tăng PE thêm 10%. Có nghĩa là bạn sẽ cần thêm 10% động năng để lên đến đỉnh của cùng một ngọn đồi.

Sức mạnh là công việc được thực hiện (năng lượng) chia cho thời gian:

P = W / t

Ở đâu:

P = Công suất tính bằng watt

W = công việc được thực hiện hoặc năng lượng trong Joules

t = thời gian để làm việc

Nếu sức mạnh của bạn không đổi, chúng tôi có thể sắp xếp lại phương trình để có được

P = (m * g * h) / t

trở thành:

t = (m * g * h) / P

Vì vậy, với sức mạnh không đổi, trọng lực và chiều cao đồi, thời gian của bạn sẽ tăng tỷ lệ thuận với tăng khối lượng, được đưa ra bởi phương trình trên.

Nếu không có sức cản không khí gió sẽ trở nên ít liên quan hơn, bạn sẽ đi chậm hơn. Ma sát sẽ tăng do tăng trọng lượng. Độ dốc của ngọn đồi về mặt lý thuyết không liên quan trong tính toán này. Bạn đang đạt được cùng một lượng năng lượng tiềm năng hấp dẫn khi bạn có cùng khối lượng với cùng một chiều cao. Vì vậy, về mặt lý thuyết không nên quan trọng cho dù ngọn đồi dài 10% hay gấp đôi và 5%.

Tuy nhiên, khi bạn đang tạo ra năng lượng bạn cần để tạo ra nó từ năng lượng hóa học, và chỉ có rất nhiều bạn có thể tạo ra cùng một lúc. Cơ bắp của bạn sẽ trở nên không hiệu quả và do đó trên những ngọn đồi dốc hơn, bạn có thể cần nhiều năng lượng hơn những người ít dốc hơn. Vì vậy, trên một ngọn đồi dốc hơn, sức cản của gió có thể trở nên ít liên quan hơn nhưng sức mạnh (bao nhiêu năng lượng bạn có thể cung cấp theo thời gian) cho tỷ lệ trọng lượng sẽ trở thành yếu tố phù hợp nhất.

Điều tôi đang cố gắng chỉ ra trong đoạn cuối là năng lượng bạn cần đưa vào cơ thể và để cơ thể bạn chuyển đổi thành chuyển động về phía trước không giống như động năng đơn giản cần có để đưa bạn lên đỉnh đồi . Tuy nhiên, tất cả mọi thứ bằng nhau một sự thay đổi về khối lượng sẽ có cùng ảnh hưởng đến thời gian như tôi đã nêu trong các phương trình.

Nếu tôi trên một chuyến đi thêm 1 kg trọng lượng cho xe đạp, tôi sẽ chậm hơn bao nhiêu (trong thời gian)?

Giả sử rằng bạn và chiếc xe đạp của bạn có khối lượng 100kg (theo số tròn), thêm 1kg sẽ khiến trọng lượng tăng thêm 1%, tức là tăng 1% năng lượng tiềm năng liên quan đến việc leo đồi.

Nếu sản lượng điện của bạn không đổi, điều đó có nghĩa là thời gian tăng 1%.

Tuy nhiên, một số sản lượng điện của bạn sẽ vượt qua sức cản của gió và lăn, chứ không phải năng lượng tiềm năng. Nếu chỉ một nửa sức mạnh của bạn sẽ chuyển sang năng lượng tiềm năng (phụ thuộc vào trọng lượng) và một nửa là không đổi (không phụ thuộc vào trọng lượng), tôi nghĩ rằng điều đó có nghĩa là thời gian sẽ tăng 0,5%.

Điều đó có hợp lý không, tôi không nghĩ như vậy mà không nói tôi sản xuất bao nhiêu watt, giả sử tôi tạo ra 250W

Những gì tôi viết ở trên không bị ảnh hưởng bởi tổng sức mạnh của bạn; sự thay đổi là tương đối chứ không phải là tuyệt đối: tức là 1%, bất kể đó là 1%.

Một phần của vẫy tay trong tuyên bố của tôi là "Nếu công suất đầu ra của bạn không đổi": điều này đúng nếu bạn kiểm soát tốt các bánh răng của mình (để bạn có thể, như, bạn có thể giảm 1% để điều chỉnh tăng 1% trong nỗ lực và do đó nỗ lực).

Thay đổi không thực sự tuyến tính: ví dụ: nếu trọng lượng tăng 1000kg, tức là 1000% thay vì 1%, bạn cần giảm tốc độ đến mức bạn sẽ đi chậm đến mức bạn không thể ở lại thẳng đứng trên một chiếc xe đạp hai bánh. Tuy nhiên, đối với sự gia tăng tương đối nhỏ về trọng lượng, tôi hy vọng sự khác biệt về nỗ lực (và do đó, thông qua việc vẫy tay được nêu ở trên, sự khác biệt về thời lượng) là xấp xỉ tuyến tính.

Một Joule là một mét Newton và cũng là một giây. Trọng lực là khoảng 9,81 Newton / kg.

Tăng 1 pound 1000 feet sẽ tăng 0,4536kg 304,8 mét. Vậy đó sẽ là 9,81 * 0,4536 * 304,8 = 1356 Joules, hoặc 1356 watt-giây.

Sản lượng năng lượng duy trì cao nhất của bạn có thể nằm trong phạm vi chung là 300 watt (và "bay" sẽ ở khoảng một nửa), vì vậy bạn phải sử dụng tất cả năng lượng của mình trong khoảng 4,5 giây để tăng 1000 pound đó. (Hoặc, để đặt nó trong phối cảnh, khoảng 19 phút để nâng một chiếc xe đạp 250 pound + người lái 1000 feet.)

Đối với 250 watt giả định của bạn, điều này sẽ là 5,4 giây cho một pound hoặc 22,6 phút cho 250 pound. Điều này sẽ tạo ra tốc độ, trên khoảng cách 10.000 feet, khoảng 5 dặm / giờ. (Lưu ý rằng việc giảm xuống dưới mức 200 Watts sẽ tạo ra tốc độ quá chậm để đứng thẳng, đặc biệt là bạn càng đi chậm thì bạn càng phải tiêu tốn nhiều năng lượng để cố gắng đứng thẳng.)

Tất nhiên, điều này là bỏ qua tổn thất điện trở của gió và lăn, và do đó thời gian cần thiết để "che khoảng cách" trên mặt đất. Lực cản lăn sẽ tương đương với trên mặt đất, nhưng sức cản của gió sẽ ít hơn, vì bạn di chuyển chậm hơn và sức cản của gió nói chung là lớn hơn cả hai. Vì vậy, bạn cần thêm vào các thời điểm trên có thể là 1/2 hoặc 2/3 thời gian để bạn có thể bao quát khoảng cách tương tự trên mặt đất. Đối với một lớp 10% đó sẽ là thời gian để trang trải 10.000 feet tương đương khoảng 1.9 dặm. Ở tốc độ 15 dặm / giờ sẽ là khoảng 7,5 phút nữa, vì vậy hãy thêm một nửa số đó.

Chuột - Chỉ cần nhận ra câu hỏi là bằng kg và mét ...

"Nếu tôi trên một chuyến đi (10.000 mét ở mức 10%) thêm 1 kg trọng lượng cho xe đạp, tôi sẽ chậm hơn bao nhiêu (trong thời gian) (giả sử công suất 250 watt)?":

Đó sẽ là 9,81 * 1kg * 1000 mét * = 9810 watt-giây. Ở 250 watt, đó là 38,84 giây thời gian bổ sung do thêm 1kg.

Và điều đó xảy ra với tôi ... rằng người ta có thể sử dụng các phép tính tương tự ngược lại để tính toán gần đúng công suất đầu ra, với trọng số, tốc độ trung bình và độ dốc trung bình. Điều này có thể sẽ chính xác hơn nhiều chương trình ước tính công suất khác.

Như đã được chỉ ra bởi các câu trả lời khác, một kilôgam bổ sung là không đáng kể khi liên quan hoàn toàn đến năng lượng tiềm năng bổ sung mà bạn cần. Nhưng có những yếu tố khác mà nó có thể có tác động lớn hơn hoặc ít hơn.

Đầu tiên cơ thể bạn không nhất thiết phải đáp ứng tuyến tính với tải cao hơn. Miễn là bạn ở trong một khu vực nơi bạn có thể thực hiện những khó khăn mà không có sự mệt mỏi đáng chú ý, bạn sẽ chỉ chậm hơn một chút với cùng một công suất. Nhưng nếu khó khăn sẽ đưa bạn đến giới hạn của bạn ngay cả khi không có trọng lượng bổ sung, mỗi gram bổ sung sẽ đưa bạn đến giới hạn của bạn sớm hơn một chút và khiến việc tiếp tục trở nên khó khăn hơn.

Ngoài ra, khối lượng đang đóng một vai trò quan trọng mỗi khi bạn phải tăng tốc nó theo một cách nào đó. Một số điều tôi nghĩ là:

• Độ mượt của đường lên: Sự gần đúng chỉ liên quan đến năng lượng tiềm năng hoạt động tốt hơn, đường dốc càng mượt mà. Nếu bạn đi lên một con dốc được lát nghiêng liên tục, nơi bạn có thể cho rằng đi xe với tốc độ gần như không đổi, thì không nên có nhiều sự khác biệt. Tuy nhiên, nếu bạn đi xe đạp leo núi trên con đường mà bạn có nhiều "hành động" trên xe đạp (leo lên các bước, cố gắng giữ lực kéo trên mặt đất lỏng lẻo, chuyển đổi giữa các phần dốc hơn và phẳng hơn), nó có thể khác.

• "Địa điểm" của trọng lượng bổ sung: Nó có thể tạo ra sự khác biệt khi bạn thêm trọng lượng. Ảnh hưởng lớn nhất sẽ là nếu bạn có thêm trọng lượng cho các bộ phận quay (bánh xe, lái tàu). Nhưng cũng chính một chiếc xe đạp nặng hơn sẽ khiến nó cảm thấy ít phản ứng hơn, điều này sẽ khiến cơ bắp của bạn mệt mỏi nhanh hơn nếu bạn phải làm nhiều công việc xử lý xe đạp trong lúc lên dốc (do đó nó lại liên quan đến sự trơn tru của đường lên dốc). Nếu bạn có trọng lượng bổ sung trong ba lô thay vào đó, nó sẽ có tác dụng nhỏ hơn nhiều.

Kết luận: Chỉ từ quan điểm năng lượng tiềm năng bổ sung, nó có thể không tạo ra nhiều sự khác biệt nhưng nếu bạn quan tâm đến việc xử lý xe đạp hoặc mệt mỏi gần với giới hạn của bạn, nó sẽ có tác động lớn hơn.