Liệu tỷ số truyền có ảnh hưởng đến sức mạnh?

Hãy để tôi mở đầu bằng cách nói rằng đây có thể không phải là SE đúng. Tôi đã cân nhắc việc hỏi về Vật lý SE, nhưng tôi nghĩ tôi có thể thử ở đây trước. Nếu nó sai, tôi không chống lại việc di cư.

Từ các nguyên tắc cơ bản của Vật lý, sức mạnh được tính là Công việc / thời gian. Vì vậy, hãy xem xét một người lái và hệ thống xe đạp leo lên một ngọn đồi. Công việc được thực hiện là sự khác biệt về tiềm năng từ dưới lên trên và rõ ràng thời gian sẽ là thời gian leo núi.

Bây giờ, câu hỏi của tôi là:

Với cùng một tay đua, cùng trọng lượng xe đạp và cùng thời gian leo núi, việc lái xe của bạn có ảnh hưởng đến sức mạnh không? Cũng cho rằng việc leo trèo là hiệu quả, không bị trượt lốp, đạp bình thường, v.v.

Từ góc độ vật lý, tôi mong đợi câu trả lời là không. Cùng một sự khác biệt về tiềm năng, cùng thời gian, cùng sức mạnh. Tuy nhiên, từ góc độ người lái, tôi biết rằng chắc chắn sẽ có nhiều sức mạnh hơn được sử dụng để leo lên với tỷ lệ khó hơn.

Tôi hy vọng rằng câu trả lời là sự chênh lệch xuất phát từ việc lý tưởng hóa hệ thống. Nếu chúng ta coi chiếc xe đạp là một hệ thống khép kín, chúng ta hy vọng rằng tất cả năng lượng đưa vào chiếc xe đạp sẽ mang nó lên đồi, nhưng đây không phải là trường hợp. Hơn nữa tôi nghĩ rằng sự không hiệu quả của cơ thể con người sẽ có liên quan. Tuy nhiên, tôi vẫn không thể giải quyết câu hỏi.

Tôi nghi ngờ bạn có nghĩa là hiệu quả hơn là sức mạnh.

Theo tôi, sự đánh đổi chính là giữa tổn thất cơ học tăng ở vòng tua cao hơn (về cơ bản là ma sát cơ) và giảm lưu lượng máu với lực cao hơn ở vòng tua thấp hơn. Sự cân bằng phụ thuộc cả vào người lái và thời gian.

Trong Tạp chí Sức mạnh Con người của IHPVA, Số 45 (pdf, chỉ mục ở đây ) là một bài báo có tên Sức mạnh con người tối đa nơi họ nói về Tyler Hamilton chiến thắng cuộc leo núi Mt Washinton sau 51 phút:

"Tuy nhiên, anh ấy đã đạp xe rất nhiều trong cuộc leo núi, trong răng cưa 23 răng và đã thực hiện một số lần tăng vọt trong 21." Nếu anh ta có bánh xe 700 mm, dường như rất có thể, nhịp trung bình của anh ta sẽ là 63 RPM.

Toàn bộ bài viết đáng để đọc và có thể trả tiền để duyệt chỉ mục cho các bài viết tương tự.

Mặt trái là các chạy nước rút hàng đầu thường đi tốt hơn 150 vòng / phút trong lần chạy nước rút cuối cùng. Tại thời điểm đó, họ đang kinh doanh hiệu quả cơ học sinh học cho công suất cao nhất. Tôi đã từng đạt mức cao nhất ở mức hơn 900W trong 10 giây (> 8W / kg) vào khoảng 130 vòng / phút, nhưng hiệu suất trong khoảng 350W của tôi sử dụng nhịp khoảng 80-90 vòng / phút.

Câu trả lời thực sự là cụ thể cho bạn. Nó sẽ phụ thuộc vào hình dạng cơ thể, loại cơ bắp, thể lực và các yếu tố thoáng qua hơn. Đây cũng là một câu hỏi được trả lời tốt nhất bằng thử nghiệm và nên là một phần trong lịch trình tr4ained của bạn nếu bạn thi đấu. Nếu không, tôi khuyên bạn nên tìm một chuyến leo núi bạn đi xe thường xuyên và ghi nhật ký huấn luyện .

Cũng đã có nhiều cuộc thảo luận về việc hydrat hóa cho những lần leo dài. Là tốt hơn để hydrat hóa và bắt đầu nặng hơn, hoặc chạy hơi mất nước để bạn giảm cân? Kết luận của IIRC là hydrat hóa tốt hơn, nhưng tôi không thể tìm thấy tài liệu tham khảo.

Với cùng một tay đua, cùng trọng lượng xe đạp và cùng thời gian leo núi, việc lái xe của bạn có ảnh hưởng đến sức mạnh không? Cũng cho rằng việc leo trèo là hiệu quả, không bị trượt lốp, đạp bình thường, v.v.

Chà, điều đó phụ thuộc vào "sức mạnh" mà bạn đang đo :-).

Rõ ràng, sức mạnh được thực hiện bởi toàn bộ chiếc xe đạp là như nhau - nếu nó di chuyển với cùng tốc độ, thì đó là sức mạnh tương tự.

Tuy nhiên, sức mạnh mà cơ thể bạn thể hiện cũng có thể khác nhau, vì nhiều lý do:

• Cơ bắp có thể có một tốc độ và mức độ lực, nơi chúng hoạt động hiệu quả nhất, vì vậy năng lượng hóa học / sức mạnh mà cơ thể bạn phải sử dụng để tạo ra chuyển động cơ bắp sẽ khác nhau.
• Các quá trình mất năng lượng khác nhau do uốn cong, ma sát, vv có thể sẽ khác nhau tùy thuộc vào thiết bị. Ví dụ, trong các bánh răng thấp hơn sẽ có chuyển động chuỗi nhanh hơn (do đó ma sát nhiều hơn), mặt khác căng thẳng chuỗi sẽ thấp hơn, điều này có thể làm giảm ma sát. Ngoài ra, trong các bánh răng thấp hơn uốn cong của khung để đáp ứng với lực xích có thể sẽ thấp hơn.

Ấn tượng của tôi là (mặc dù tôi không có nguồn để hỗ trợ cho tôi) nói chung hệ thống của con người hoạt động hiệu quả nhất (nghĩa là khả năng đạp tốt nhất để gắng sức) ở nhịp khoảng 90 - 100 vòng / phút, vì vậy đó là điều mà một người đi xe đạp nên phấn đấu.

Thật thú vị, nhịp tốt nhất cho sức mạnh tối đa rõ ràng là thấp hơn nhiều, đó là lý do tại sao những người đi xe đạp chuyên nghiệp sẽ sử dụng bánh răng cao và nhịp thấp để chạy nước rút - tuy nhiên điều này mệt mỏi hơn nhiều so với nhịp cao hơn, do đó không hiệu quả trong khoảng cách xa.

Có lẽ đó là sự khác biệt giữa, bạn gọi nó là gì, 'isotonic' so với ' isometric ' hoạt động?

Ý tôi là, chẳng hạn, con người phải mất rất nhiều nỗ lực (sức mạnh, sức mạnh hoặc công việc) để cố gắng di chuyển một vật thể bất động: đẩy vào tường hoặc thứ gì đó.

Trong một thiết bị quá cao, bạn đẩy và đẩy và không đi đến đâu (rất nhiều sức mạnh để đi đến đâu => 0% hiệu quả).

Trong một thiết bị quá thấp, nó quá dễ dàng: bạn xoay tròn không chống cự; tốc độ quay của bạn bị giới hạn ở ~ 120 RPM hoặc hơn, tức là không thể tăng vô hạn; do đó (lực thấp và RPM giới hạn) bạn bị giới hạn về lượng điện năng bạn cung cấp (ít hơn công suất tối đa theo lý thuyết của bạn).

Có thể có một ' nhịp ' hiệu quả (có thể là 90 RPM) mà bạn có thể muốn sử dụng trên mọi địa hình (lên, xuống, lên cấp) và điều đúng (cách sử dụng đúng bánh răng của bạn) là liên tục điều chỉnh thiết bị cho địa hình để: a) duy trì nhịp ổn định, hiệu quả (ví dụ 90 RPM); b) duy trì công suất / công suất đủ cao ở nhịp đó (ví dụ nếu quá dễ thì chuyển sang số cao hơn hoặc nếu quá khó thì chuyển sang số thấp hơn để duy trì nhịp).

Tất nhiên tỷ lệ bánh răng ảnh hưởng đến sức mạnh "tiềm năng" mà bạn có thể sản xuất. Hãy xem xét một nỗ lực cơ bắp tối đa để đi lên một ngọn đồi dốc. Bỏ qua ma sát chuỗi và các hiệu ứng phụ khác, bạn sẽ lên đồi nhanh nhất với sức mạnh cao nhất mà cơ bắp của bạn có thể tạo ra. Lưu ý rằng công suất = kx mô-men xoắn x nhịp (trong đó k chỉ là hằng số xác định đơn vị công suất (watts, mã lực, v.v.). Giả sử bạn đang lái một thiết bị quá cao để bạn không thể tiến về phía trước đồi (nhịp của bạn bằng 0). Ở 0 nhịp, mô-men xoắn của bạn ở mức tối đa có thể và công suất của bạn là 0. Khi bạn tăng nhịp (bằng cách giảm tỷ số truyền của bạn) mô-men xoắn của bạn giảm. Tuy nhiên, sản phẩm của mô-men xoắn và nhịp (tỷ lệ thuận với sức mạnh) tăng. Khi bạn tiếp tục tăng nhịp bằng cách hạ thấp tỷ số truyền của bạn, cuối cùng bạn sẽ đạt được nhịp tối ưu năng lượng (EOC). Tại EOC, sức mạnh mà cơ bắp của bạn có thể tạo ra ở mức tối đa. Tăng nhịp trên EOC làm giảm sức mạnh tiềm năng tối đa của bạn.

Dòng dưới cùng: Chọn tỷ lệ bánh răng cho phép bạn quay càng gần càng tốt với EOC. Bạn sẽ leo lên ngọn đồi dốc nhanh nhất ở nhịp này.

Lưu ý: Đường cong sức mạnh so với nhịp trông giống như một parabola lộn ngược. Đó là kết quả trực tiếp của công trình được thực hiện bởi Archibald Vivian Hill, người đã giành giải thưởng Nobel cho công trình của mình về vấn đề này và nhiều chủ đề khác trong vật lý sinh học. Cũng lưu ý rằng độ bền tối đa có thể xảy ra ở nhịp nhỏ hơn EOC.

Có một số yếu tố liên quan ở đây, vì vậy bất kỳ câu trả lời là không đơn giản. Đầu tiên, như Leon lưu ý, bạn nhận được sức mạnh bằng không cho các bánh xe khi bánh răng cứng đến mức bạn không thể di chuyển. Và bạn có được sức mạnh nhỏ đến các bánh xe khi tỷ số truyền dễ dàng đến mức bạn quay với tốc độ 200 vòng / phút.

Nhưng quan trọng hơn, sức mạnh AVERAGE trong một khoảng thời gian phụ thuộc rất nhiều vào chi tiết về cách thức hoạt động của cơ bắp. Chủ yếu có bài tập AEROBIC vs ANAEROBIC. Với người lái trung bình, với lượng đường trong máu bình thường, bất kỳ hành trình nào trên 80 RPM sẽ chủ yếu là hiếu khí, và bất kỳ hành trình nào (nửa thử thách) dưới 60 RPM sẽ có một mảnh kỵ khí lớn. Tập thể dục nhịp điệu đốt cháy lượng đường trong máu, nhưng bài tập yếm khí đốt cháy glycogen được lưu trữ trong cơ bắp.

Trong khoảng thời gian ngắn (ngắn bao nhiêu tùy thuộc vào cường độ tập luyện và lưu lượng máu) cơ bắp có sức khỏe tốt có thể đốt cháy glycogen hiệu quả như đường huyết, nhưng lượng glycogen được lưu trữ trong cơ bắp chỉ đủ để có thể 15-30 phút tập thể dục cường độ cao (mặc dù với việc tập luyện đặc biệt nhắm vào việc tăng lượng glycogen trong cơ thể, điều này có thể tăng lên vài giờ).

Do đó, việc lái một thiết bị "khó" tạo ra RPM thấp sẽ nhanh chóng làm cạn kiệt glycogen cơ bắp và dẫn đến mệt mỏi nhanh hơn. Và rõ ràng, khi bạn mệt mỏi sản lượng điện của bạn giảm. (Và tất nhiên, việc lái xe quá "dễ dàng" dẫn đến tốc độ RPM quá cao và RPM "tối ưu" của người lái trung bình thường dưới 100.) Ở giữa, bạn đang giao dịch với mức tiêu thụ glycogen khiêm tốn so với sức mạnh cơ bắp tăng lên một chút có thể có được bằng cách tham gia các cơ "co giật chậm" và một số yếu tố khác. (Hãy nhớ rằng bạn cần glycogen trong các tình huống ngắn, có nhu cầu cao, chẳng hạn như leo lên một ngọn đồi ngắn, dốc mà không xuống dốc. Bạn thực sự có thể làm tổn thương cơ bắp trong một số trường hợp nếu glycogen hoàn toàn cạn kiệt.)

(Và cũng có điểm để xem xét rằng ở những người nhạy cảm, người ta có thể gây chấn thương đầu gối bằng cách sử dụng một thiết bị quá khó.)

Theo hiểu biết của tôi, nó không nên. Giải thích đơn giản nhất là năng lượng ra bằng năng lượng theo thời gian hiệu quả (hiệu quả là sự mất năng lượng do ma sát, sức cản không khí, sức cản lăn, nhiệt, v.v.). Thay đổi bánh răng không làm thay đổi sức mạnh (phần đó hoàn toàn thuộc về bạn), cũng như không thay đổi hiệu quả cơ học. Do đó, sản lượng điện không thay đổi.

Đối với sâu hơn một chút, sức mạnh là tổng công việc được thực hiện trong tổng thời gian ( P_avg = ΔW/Δt). Trong trường hợp này, chúng tôi đang xem xét nó trên thời lượng giống hệt nhau, vì vậy Δtlà không đổi. Trong bối cảnh quay, Wlà mô-men xoắn (lực quay) tác dụng với tốc độ góc (tốc độ quay), hoặc W = τθ. Một bánh răng sẽ chỉ thay đổi tỷ lệ giữa mô-men xoắn và tốc độ góc trong khi duy trì công suất không đổi. Nói cách khác, đi đến một thiết bị cao hơn có thể cần gấp đôi mô-men xoắn, nhưng bàn đạp sẽ quay nhanh gấp rưỡi. Một thiết bị thấp hơn có thể cho phép bạn quay nhanh gấp đôi, nhưng bạn sẽ sử dụng một nửa mô-men xoắn. Vì đầu ra công việc là như nhau, sản lượng điện là như nhau.

Điều này ảnh hưởng đến tốc độ bánh xe như thế nào? Vâng, điều tương tự cũng W = τθảnh hưởng đến bánh xe của bạn, nhưng ngược lại (bánh xe của bạn nhìn thấy nó ngược lại: hãy tưởng tượng nếu bạn đang đạp trên bánh răng của bạn, và các bánh xe được gắn vào khung dưới cùng). Một bánh răng thấp hơn sẽ đặt nhiều mô-men xoắn hơn trên các bánh xe (cho phép tăng tốc cao), nhưng có tốc độ góc tương ứng thấp (tốc độ quay). Một thiết bị cao hơn sẽ không tạo ra nhiều mô-men xoắn trên các bánh xe (đó là lý do tại sao nó rất khó tăng tốc), nhưng sẽ khiến chúng quay như điên. Vì vậy, lý tưởng, ở trong thiết bị càng cao càng tốt sẽ cung cấp cho bạn tốc độ lớn nhất.

Tuy nhiên, đó là nơi cơ thể con người phát huy tác dụng. Chúng tôi có hai hệ thống bổ sung để tạo ra năng lượng: hệ thống tim mạch, tạo ra ít năng lượng hơn nhưng trong thời gian rất dài và hệ thống cơ bắp, vượt trội trong việc tạo ra năng lượng cao, nhưng chỉ trong một khoảng thời gian ngắn. Lý tưởng nhất là khi không chạy nước rút, bạn muốn cả hai hệ thống sẽ tạo ra nhiều năng lượng nhất có thể. Tổng công suất đó (trừ tổn thất hiệu suất) sẽ là tổng công suất của bạn và thay đổi độ cao, lực cản lăn và tính khí động học của bạn sẽ xác định tỷ lệ đầu ra đó sẽ được sử dụng cho mô-men xoắn so với khoảng cách (và do đó tỷ số truyền của bạn) .

Mong rằng sẽ giúp.

Không, tỷ lệ bánh răng và tăng không ảnh hưởng đến sức mạnh. Mặc dù bạn đúng khi cho rằng nó sẽ cảm thấy khác với người lái, nếu ba biến số khác bằng nhau, thì tốc độ năng lượng sẽ như nhau. Trong trường hợp này, ở tỷ số truyền "dễ dàng" hơn, nhịp sẽ yêu cầu tăng đáng kể để duy trì cùng thời gian leo (tốc độ) và nếu người lái giống hệt nhau, thì tốc độ làm việc là như nhau. Sự gia tăng tốc độ của bàn đạp tạo nên sự khác biệt trong chi phí công suất so với thiết bị "cứng hơn" ở nhịp thấp hơn.