Sản lượng điện ở mật độ không khí khác nhau

Các yếu tố ảnh hưởng đến mật độ không khí là: Độ cao, Nhiệt độ không khí, Độ ẩm không khí và Áp suất khí quyển. Máy tính: http://barani.biz/apps/air-d mật /

Làm thế nào để đi xe ở mật độ không khí khác nhau ảnh hưởng đến năng lượng và tốc độ?

Chỉ cần trở lại câu hỏi này là có một vài cân nhắc.

OP chỉ đề cập đến áp suất không khí (khí áp) và không nhất thiết phải là độ cao. Tôi sẽ chỉ bắt đầu với áp suất khí quyển và trở lại tác động của độ cao.

Sự thay đổi áp suất khí quyển điển hình ở cùng độ cao và do đó tác động đến áp suất riêng phần của oxy (O2), không lớn đến mức có thể nhận thấy khả năng tạo ra năng lượng của một người, tuy nhiên chúng đủ để tác động đến tốc độ mà người ta có thể đạt được sản lượng điện nhất định. Nó có thể không phải là tất cả những gì đáng chú ý trong việc đi xe chung trong thị trấn, nhưng những người lái thử thời gian sẽ có thể đạt được thời gian nhanh hơn hoặc chậm hơn tùy thuộc vào áp suất khí quyển.

Sự thay đổi 10% áp suất không khí ở cùng độ cao sẽ không xảy ra. ví dụ: chênh lệch giữa ngày áp suất rất thấp (ví dụ: lốc xoáy loại 2 đến 3 với vùng áp thấp trung tâm @ 970 hPa) và áp suất rất cao (ví dụ: ngày đẹp trời @ 1030 hPa) chỉ là 6%.

Vì bạn không có khả năng đi xe trong cơn bão hoặc lốc xoáy, nên sự dao động của áp suất khí quyển đối với các điều kiện bạn thực sự sẽ lái xe thường chỉ là một vài phần trăm. Mặc dù vậy, đối với một tay đua thử nghiệm thời gian, trên một quãng đường dài hơn 40km, sự khác biệt về mật độ không khí giữa ngày áp suất thấp và áp suất cao có thể dẫn đến chênh lệch thời gian 30 giây trên tất cả, tất cả những thứ khác đều bằng nhau.

Mật độ không khí có thể thay đổi nhiều hơn thế do chỉ thay đổi áp suất khí quyển. Mật độ không khí chủ yếu là một hàm của áp suất khí quyển, nhiệt độ không khí và độ cao.

Mật độ không khí tăng khi tăng áp suất khí quyển, và nó giảm khi tăng nhiệt độ và độ cao. Độ ẩm có tác động rất nhỏ (không đáng kể) đến mật độ không khí nhưng vì mục đích hoàn chỉnh, tăng độ ẩm làm giảm mật độ không khí một chút.

Tác động của độ cao đến hiệu suất

Nếu chúng ta xem xét tác động của độ cao đến hiệu suất đạp xe, như những người khác đã nói có hai yếu tố chính:

Tôi. tác động sinh lý đến khả năng tạo ra sức mạnh bền vững của bạn khi áp suất một phần của O2 giảm khi tăng độ cao và

ii. tác động vật lý khi mật độ không khí giảm, có nghĩa là người ta có thể đạt được tốc độ cao hơn cho cùng một công suất (ceteris paribus).

Tác động sinh lý

Khi chúng ta leo lên độ cao và mật độ không khí giảm xuống, không khí "loãng hơn" có nghĩa là giảm áp suất riêng phần của oxy, tác động tiêu cực đến sản lượng điện mà chúng ta có thể duy trì thông qua quá trình trao đổi chất hiếu khí. Sự mất năng lượng đó có thể lên tới 20% hoặc hơn tùy thuộc vào mức độ chúng ta đi và phản ứng cá nhân của chúng ta đối với độ cao.

Đã có một vài bài báo được công bố kiểm tra tác động của độ cao đối với hoạt động thể thao aerobic và từ các công thức này để ước tính sự mất năng lượng khi chức năng của độ cao đã được phát triển. Có một từ bài báo năm 1989 của Peronnet et al, hai từ bài báo năm 1999 của Bassett et al, mỗi bài dành cho các vận động viên thích nghi và không thích nghi. Thêm vào đó, tôi đã tạo ra một công thức thứ tư, dựa trên nghiên cứu năm 2007 của Clark và cộng sự. Các giấy tờ liên quan là:

Péronnet F, Bouissou P, Perrault H, Ricci J.: So sánh hồ sơ thời gian của người đi xe đạp theo độ cao và vật liệu được sử dụng.

Bassett DR Jr, Kyle CR, Passfield L, Nhà môi giới JP, Burke ER.: So sánh các kỷ lục giờ đi xe đạp thế giới, 1967-1996: mô hình hóa với dữ liệu thực nghiệm.

Clark SA, Bourdon PC, Schmidt W, Singh B, Cable G, ONUs KJ, Woolford SM, Stanef T, Gore CJ, Aughey RJ .: Hiệu quả của việc cấp mô phỏng độ cao vừa phải vào sức mạnh, hiệu suất và chiến lược nhịp ở người đi xe đạp cũng được đào tạo .

Peronnet et al đã sử dụng dữ liệu thực nghiệm từ các bản ghi giờ đi xe đạp trên thế giới thực tế để ước tính tác động của độ cao đối với sản lượng điện của một tay đua xe đạp ưu tú. Các giả định được sử dụng trong việc ước tính tổn thất điện năng gây ra có thể có một số lỗi; đặc biệt do các phương pháp được sử dụng để ước tính sức mạnh cho mỗi người lái vì thực tế không đo được sức mạnh cũng như hệ số lực cản khí động học.

Theo mục Câu hỏi thường gặp trên diễn đàn Wattage của Tiến sĩ David Bassett, Jr, hai công thức Bassett et al được lấy từ các bài báo trước đó kiểm tra tác động độ cao đối với hoạt động hiếu khí của bốn nhóm vận động viên được đào tạo hoặc ưu tú. Vì vậy, trong khi những công thức này không bắt nguồn từ người đi xe đạp, chúng ta vẫn có thể khái quát từ những người mất khả năng hiếu khí cho người đi xe đạp.

Cuối cùng, nghiên cứu của Clark và cộng sự đã đo lường tác động của việc sử dụng oxy đỉnh (VO2), hiệu suất gộp và sản lượng năng lượng của xe đạp đối với mười người đi xe đạp và ba môn phối hợp được đào tạo tốt bằng cách thử nghiệm các tay đua ở độ cao mô phỏng 200, 1200, 2200 và 3200 mét. Họ đã kiểm tra một số yếu tố, bao gồm công suất tối đa 5 phút, VO2 và hiệu suất gộp liên quan đến hiệu suất ở 200 mét, cũng như VO2 tối đa phụ và hiệu suất gộp.

Tôi đã sử dụng những dữ liệu này để tạo ra một công thức tương tự như công thức từ Peronnet et al và Bassett et al (tạo nên các số trong bảng được liệt kê trong một trong những câu trả lời khác). Tất nhiên, có một giả định về việc giảm tương đương công suất 1 giờ như đối với công suất 5 phút. Clark và cộng sự đã ghi nhận mức giảm lớn hơn một chút trong đỉnh VO2 so với công suất tối đa 5 phút và không có thay đổi về hiệu suất gộp ở công suất tối đa 5 phút với độ cao. Vì vậy, có một số đóng góp trao đổi chất kỵ khí có lẽ tạo nên sự khác biệt. Có một số mất hiệu quả tối đa phụ được ghi nhận ở mức mô phỏng 3200 mét.

Trong trường hợp này, tôi đã chọn sử dụng mức giảm công suất 5 phút thay vì giảm đỉnh VO2 làm dữ liệu cơ bản cho công thức và áp dụng điều chỉnh để bù công thức tương đương mực nước biển để đưa nó phù hợp với công thức Peronnet et al và Bassett et al. Tất nhiên, khi bạn nhìn vào dữ liệu được báo cáo, tất nhiên có các biến thể đáng kể trong nhóm thử nghiệm ở mỗi độ cao mô phỏng, vì vậy công thức dựa trên mức trung bình của nhóm cho từng độ cao mô phỏng.

Dưới đây là các công thức:

x = km trên mực nước biển:

Peronnet et al:
Tỷ lệ công suất mực nước biển = -0,003x ^ 3 + 0,0081x ^ 2 - 0,0381x + 1

Bassett et al Các vận động viên thích nghi với độ cao (vài tuần ở độ cao): Tỷ lệ sức mạnh mực nước biển = -0,0112 x ^ 2 - 0,0190x + 1 R ^ 2 = 0,973

Bassett et al Các vận động viên không thích nghi với độ cao (1-7 ngày ở độ cao): Tỷ lệ công suất mực nước biển = 0,00178x ^ 3 - 0,0143x ^ 2 - 0,0407x + 1 R ^ 2 = 0,974

Công thức của Simmons dựa trên Clark et al: Tỷ lệ sức mạnh mực nước biển = -0.0092x ^ 2 - 0,0323x + 1 R ^ 2 = 0,993

và ở dạng biểu đồ, chúng trông như sau:

Bây giờ hãy nhớ rằng đây là các giá trị trung bình cho các mẫu được sử dụng trong mỗi nghiên cứu và tồn tại biến thể riêng lẻ, do đó, tác động đến bất kỳ cá nhân nào sẽ nằm trong phạm vi này nhưng có thể nhiều hơn hoặc ít hơn.

Các tác động vật lý

Tất nhiên, từ góc độ hiệu suất, bạn sẽ mất công suất khi tăng độ cao, tuy nhiên có hiệu suất tăng vì mật độ không khí thấp hơn có nghĩa là bạn có thể di chuyển ở tốc độ cao hơn cho cùng một công suất (và khí động học).

Vật lý này khá đơn giản và không giống như tác động sinh lý, nó áp dụng như nhau cho tất cả mọi người. Như một ví dụ tôi đã xem xét ảnh hưởng của độ cao đối với vật lý của kỷ lục giờ thế giới của xe đạp và chỉ ra cách giảm mật độ không khí khi tăng độ cao có nghĩa là người ta có thể di chuyển nhanh hơn cho cùng một công suất, hoặc đặt một cách khác, nhu cầu năng lượng giảm xuống bất kỳ tốc độ nhất định khi độ cao tăng.

Điều đó dẫn đến biểu đồ này, cho thấy mối quan hệ về sức mạnh với tỷ lệ kéo khí động học (W / m ^ 2) và độ cao cho tốc độ từ 47km / h cho đến kỷ lục 56.375km / h của Chris Boardman.

Về bản chất, khi độ cao tăng, tỷ lệ lực kéo theo khí động học giảm cho cùng một tốc độ.

Tác động ròng của cả tác động sinh lý và vật lý

Vâng, khi chúng tôi kết hợp cả hai, đây là kết quả:

Điều này nên được giải thích hợp lý đơn giản, nhưng ngay cả như vậy tôi sẽ cung cấp một số giải thích.

Trục ngang là độ cao và các đường thẳng đứng tối màu biểu thị độ cao của các rãnh khác nhau trên khắp thế giới.

Trục dọc là tỷ lệ tốc độ mực nước biển đạt được.

Các đường màu cong biểu thị tác động kết hợp của cả việc giảm công suất bằng cách sử dụng từng công thức được tô sáng ở trên, kết hợp với việc giảm mật độ không khí cho phép tốc độ lớn hơn cho cùng một công suất.

Vì vậy, ví dụ, nếu chúng ta nhìn vào đường màu xanh lá cây (Basset et al thích nghi), điều này cho thấy rằng khi một người đi xe đạp tăng độ cao, họ có khả năng duy trì tốc độ cao hơn cho đến khoảng 2.900 mét, và bất kỳ độ cao nào tăng thêm cho thấy sự suy giảm ở tốc độ có thể đạt được, khi tổn thất điện năng bắt đầu lớn hơn việc giảm mật độ không khí.

Đường đua trong Aigle Switerland đại diện cho mức tăng tốc độ 1% so với Luân Đôn, trong khi đi xe tại Aguascalientes sẽ cung cấp tốc độ tăng từ 2,5% đến 4%. Đi đến Thành phố Mexico và bạn có thể kiếm được nhiều hơn một chút, nhưng như biểu đồ cho thấy, các đường cong bắt đầu bị san phẳng, và do đó, phần thưởng cân bằng rủi ro v sẽ hướng đến kết thúc phổ rủi ro hơn.

Độ cao do đó đại diện cho một trường hợp lợi nhuận tốt nhưng lợi nhuận giảm dần khi không khí trở nên hiếm hơn. Khi bạn đi trên 2.000 mét, tốc độ tăng bắt đầu giảm dần và cuối cùng chúng bắt đầu giảm, có nghĩa là có độ cao "điểm ngọt".

Hãy cẩn thận, và có một vài nhưng quan trọng nhất là:

• độ cao điểm ngọt của bất kỳ cá nhân nào sẽ phụ thuộc vào phản ứng cá nhân của họ đối với độ cao

• các đường vẽ biểu thị mức trung bình cho các nhóm thể thao được nghiên cứu;

• công thức được sử dụng có một miền có hiệu lực hạn chế, trong khi các dòng được vẽ vượt ra ngoài điều đó;

• đây không phải là yếu tố hiệu suất duy nhất để xem xét, nhưng là hai trong số những yếu tố quan trọng nhất.

Tôi nghi ngờ rằng việc giảm hiệu suất với độ cao có thể xảy ra mạnh hơn một chút đối với nhiều người so với đề xuất ở đây. Tuy nhiên, các nguyên tắc tương tự được áp dụng ngay cả khi phản ứng cá nhân của bạn đối với độ cao nằm ở phía dưới của phạm vi và thật khó để tưởng tượng tại sao mọi người lại đề xuất rằng việc theo dõi ít ​​nhất một đường cao độ vừa phải là một ý tưởng tồi từ góc độ hiệu suất.

Nếu bạn muốn đọc thêm, tôi đề cập đến những vấn đề này trong ba mục blog ở đây:

http: // alex- Motorcycle.blogspot.com.au/2014/09/wm2-altitude-and-hour-record.html

http: // allex- Motorcycle.blogspot.com.au/2014/12/wm2-altitude-and-hour-record-part-ii.html

http: // alex- Motorcycle.blogspot.com.au/2015/06/wm2-altitude-and-hour-record-part-iii.html

Biểu đồ sau đây có thể được tìm thấy trong một bài viết thú vị trên blog Đào tạo Đỉnh . Từ điều này, bạn sẽ có thể điều chỉnh mức độ sức mạnh của bạn đôi khi.

Sức mạnh đi xuống khi độ cao tăng. Nhưng phần bù là mật độ không khí giảm song song (đến một điểm). Và đây là lý do tại sao nhiều hồ sơ giờ đã được cố gắng ở độ cao. Tối ưu rõ ràng là 3500m. Trong đó sự gia tăng tốc độ vượt xa sự mất mát về sức mạnh. Do đó, sự phổ biến của các Velodromes ở La Paz (Bôlivia) ở 3400m và Velodrom Mexico City ở 2230m.

Với khái niệm về áp suất lốp và lực cản lăn - có một bài báo gần đây đã làm sáng tỏ huyền thoại về áp suất lốp cao - nói rằng sự mất năng lượng được tạo ra bởi sự rung động của áp suất lốp cao có nghĩa là áp suất lốp thấp hơn thực sự nhanh hơn "bình thường "Mặt đường.

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