체중 증가를 위해 오르막에 필요한 추가 전력

오르막길에서 무게는 얼마를 의미합니까?

1000m의 고도로 산을 올라가고 있는데 가파르게 10 %라고 가정 해 봅시다. 250 와트를 유지할 수 있다고 가정 해 봅시다. 자전거에 1kg의 무게를 추가하면 얼마나 느려질 지 (시간에) 결정할 수 있습니까? 몇 초나 잃을까요?

이것의 공식과 계산을 보여 주시고, 주제 전체에 대해 자유롭게 설명하십시오.

당신이 서서 시작하고 언덕 꼭대기에서 완전히 멈추고 있다고 가정합니다. 간단한 요구 사항은 아래에서 위로 이동할 때 에너지가 필요하다는 것입니다. 필요한 에너지의 대부분은 페이로드 (사용자와 자전거)의 잠재적 에너지를 높이는 것입니다. 기본적으로 신체의 화학 에너지를 변환하여 운동 에너지 (자전거 이동)를 만듭니다. 열, 노면과의 마찰 및 공기 저항으로 인해 손실이 발생합니다.

잠시 무시하십시오 (그들은 무시할 수 없지만 계산이 복잡합니다).

잠재적 에너지 (PE) = m * g * h

어디:

m = 질량

g = 중력 가속

h = 높이

PE는 m에 비례하므로 질량이 10 % 증가하면 PE가 10 % 증가합니다. 즉, 같은 언덕 꼭대기에 도달하려면 10 % 더 많은 운동 에너지가 필요합니다.

전력은 시간으로 나눈 작업 (에너지)입니다.

P = 승 / t

어디:

P = 와트의 전력

W = 작업 완료 또는 줄 (Joules)

t = 작업 시간

당신의 힘이 일정하다면 우리는 방정식을 재정렬하여

P = (m * g * h) / t

된다 :

t = (m * g * h) / P

일정한 힘, 중력 및 언덕 높이를 사용하면 위의 방정식으로 주어진 시간이 질량 증가에 비례하여 증가합니다.

바람의 공기 저항이 없다면 더 느리게 관련성이 떨어집니다. 무게가 증가하면 마찰이 증가합니다. 언덕의 가파름은 이론적으로이 계산과 관련이 없습니다. 같은 질량으로 같은 높이에있을 때 같은 양의 중력 잠재력 에너지를 얻습니다. 따라서 이론적으로 언덕이 10 % 또는 2 배, 5 %인지는 중요하지 않습니다.

그러나 에너지를 생성 할 때 화학 에너지에서 생성해야하며 한 번에 생성 할 수있는 용량이 너무 많습니다. 근육이 비효율적이되어 가파른 언덕에서는 덜 가파른 언덕보다 더 많은 에너지가 필요할 수 있습니다. 따라서 가파른 언덕에서 바람의 저항은 관련성이 떨어질 수 있지만 전력 (시간에 따라 방출 할 수있는 에너지의 양) 대 무게 비율이 가장 관련성이 높은 요소가됩니다.

마지막 단락에서 지적하려는 것은 몸에 넣고 몸을 앞으로 움직일 때 필요한 에너지는 언덕 꼭대기로 데려가는 데 필요한 간단한 운동 에너지와 같지 않다는 것입니다. . 그러나 질량의 변화와 같은 모든 것은 내가 방정식에서 언급 한 바와 같이 시간에 동일한 영향을 미칩니다.

한 번 타면서 자전거에 1kg의 무게를 더하면 얼마나 시간이 더 느려 집니까?

귀하와 자전거의 질량이 100kg (둥근 숫자)이라고 가정하면, 1kg을 추가하면 무게가 1 % 증가합니다. 즉 , 언덕 오르기와 관련된 잠재적 에너지 가 1 % 증가 합니다.

전원 출력이 일정하면 시간이 1 % 증가합니다.

그러나 일부 전력 출력은 잠재적 인 에너지가 아니라 바람과 회전 저항을 극복 할 것입니다. 당신의 힘의 절반 만이 (체중에 의존하는) 잠재적 에너지로 가고 절반이 일정하다면 (무게와 무관), 그것은 0.5 %의 시간 증가를 의미한다고 생각합니다.

나는 그것이 얼마나 많은 와트를 출력하는지 말하지 않고 250W를 만든다고 생각합니다.

위에서 쓴 내용은 총력에 영향을받지 않습니다. 변화는 절대적인 것이 아니라 상대적입니다. 즉, 1 %에 관계없이 1 %입니다.

내 말에서 손을 흔드는 것의 일부 는 "출력이 일정하다면"이다. 기어를 세밀하게 제어 할 수 있다면 (사실 조정을 위해 기어를 1 % 낮출 수있다) 무게 및 노력으로 1 % 증가).

변경 사항은 실제로 선형 적이 지 않습니다. 예를 들어 무게가 1000kg 증가하는 경우 (예 : 1 % 대신 1000 %), 너무 느리게 움직일 수 없을 정도로 감속해야합니다. 두 바퀴 자전거에 똑바로. 그러나 상대적으로 작은 체중 증가의 경우 노력의 차이 (따라서 위에서 설명한 핸드 웨이브를 통해 지속 시간의 차이)가 거의 선형이 될 것으로 예상합니다.

줄 (Jule)은 뉴턴 미터이며 와트 단위입니다. 중력은 약 9.81 뉴턴 / 킬로그램입니다.

1 파운드를 1000 피트 올리면 0.4536kg가 304.8 미터가됩니다. 따라서 9.81 * 0.4536 * 304.8 = 1356 줄 또는 1356 줄입니다.

피크 지속 에너지 출력은 아마도 300 와트의 일반적인 범위에있을 것입니다 (그리고 "크루징"은 약 절반 정도입니다). 따라서 1 파운드를 1000 피트 올리려면 약 4.5 초 동안 모든 에너지를 사용해야합니다. (또는 원근법으로 말하자면, 약 19 분 동안 250 파운드 자전거 + 라이더를 1000 피트 올리십시오.)

250 와트라고 가정하면 1 파운드의 경우 5.4 초, 250 파운드의 경우 22.6 분입니다. 이것은 10,000 피트 거리에서 약 5mph의 속도를 낼 것입니다. (약 200 와트 이하로 떨어 뜨리면 속도가 너무 느려서 직립 상태를 유지하지 못합니다. 특히 속도가 느릴수록 더 많은 에너지를 똑바로 세울 때 소비해야합니다.)

물론, 이것은 바람과 구름 저항 손실을 무시하고 있기 때문에 평평한지면에서 "거리를 덮는"데 필요한 시간입니다. 구름 저항은 평지와 거의 같지만 바람 저항은 더 느리게 움직일 것입니다. 바람 저항은 일반적으로 2보다 큽니다. 따라서 지상에서 같은 거리를 커버하는 데 걸리는 시간의 1/2 또는 2/3를 위의 시간에 추가해야합니다. 10,000 피트 또는 약 1.9 마일을 커버 할 시간 인 10 % 등급의 경우. 15mph에서 약 7.5 분이 소요될 수 있으므로 절반을 추가하십시오.

쥐 -방금 질문이 kg과 미터라는 것을 깨달았습니다 ...

"한 번 타면 (10 %에서 10,000 미터) 자전거에 1kg의 무게를 더하면 (250 와트의 출력을 가정 할 때) 얼마나 느려질까요 (시간)?":

그것은 9.81 * 1kg * 1000 미터 * = 9810 와트-초입니다. 250W에서 1kg을 추가하여 38.84 초의 추가 시간이 소요됩니다.

그리고 ... 나에게 발생 하나는 체중, 평균 속도, 평균 경사 주어, 대략 계산 와트 출력하기 위해 이전 버전과 같은 계산을 사용할 수있다. 이것은 다른 많은 와트 수 추정 체계보다 더 정확할 것입니다.

다른 답변에서 이미 지적했듯이 순수하게 필요한 추가 에너지와 관련하여 추가 킬로그램은 무시할 수 있습니다. 그러나 다소 큰 영향을 줄 수있는 다른 요소가 있습니다.

첫째, 신체가 더 높은 부하에 선형 적으로 반응 할 필요는 없습니다. 눈에 띄는 피로없이 오르막길을 할 수있는 한 동일한 출력으로 조금 느려질 수 있습니다. 그러나 오르막길이 추가 무게 없이도 당신의 한계에 도달한다면, 모든 추가 그램은 당신을 조금 더 일찍 한계에 도달하고 진행하기 어렵게 만듭니다.

또한 질량은 어떤 식 으로든 가속해야 할 때마다 중요한 역할을합니다. 내가 생각하는 것들은 다음과 같습니다.

• 오르막의 부드러움 : 잠재적 인 에너지에만 관련된 근사치가 오르막이 더 매끄럽고 원활하게 작동합니다. 거의 일정한 속도로 주행한다고 가정 할 수있는 지속적으로 경사지고 포장 된 경사면에서 올라 가면 별 차이가 없습니다. 그러나 자전거에 "동작"이 많은 방식으로 산악 자전거를 타는 경우 (상승 단계, 느슨한지면에서 견인력을 유지하고 가파른 부분과 더 평평한 부분 사이를 전환하십시오), 다를 수 있습니다.

• 추가 무게의 "장소": 무게 를 추가 할 때 차이를 만들 수 있습니다. 가장 큰 효과는 회전 부품 (휠, 드라이브 트레인)에 추가 무게가있는 경우입니다. 그러나 자전거 자체가 무거 우면 반응이 느려져 오르막 길에서 자전거를 많이 다루어야하는 경우 근육이 빨리 피곤해집니다 (따라서 오르막의 매끄러움과 관련이 있습니다). 배낭에 추가 무게가 있다면 훨씬 작은 영향을 미칩니다.

결론 : 추가적인 잠재적 에너지 관점에서 보면 큰 차이는 없지만 자전거 취급이나 피로가 한계에 가까워지면 더 큰 영향을 미칩니다.