기어비가 동력에 영향을 줍니까?

이것이 올바른 SE가 아닐 수도 있다는 말로 서문을 쓰겠습니다. Physics SE에 대한 문의를 고려했지만 먼저 여기에서 시도해 볼 수 있다고 생각했습니다. 그것이 틀렸다면 나는 이주하는 것에 반대하지 않습니다.

물리의 기본 원리에서 힘은 일 / 시간으로 계산됩니다. 따라서 언덕을 오르는 라이더 및 자전거 시스템을 고려하십시오. 작업은 하단에서 상단까지의 잠재력 차이이며, 분명히 시간은 상승 시간이 될 것입니다.

이제 내 질문은 :

동일한 라이더, 동일한 자전거 무게 및 등반 시간을 감안할 때 기어링이 파워에 영향을 미칩니 까? 또한 등반이 효율적이고 미끄러짐 타이어가없고 정상적인 페달링 등이 있다고 가정하십시오.

물리적 인 관점에서 대답은 '아니오'라고 기대합니다. 전위차, 시간, 전력이 동일합니다. 그러나 라이더 관점에서 볼 때 더 많은 힘이 더 어려운 비율로 오르는 데 사용되는 것처럼 느껴집니다.

그 답은 시차가 시스템을 이상화하는 데서 오는 것입니다. 자전거를 폐쇄 시스템으로 생각하면 자전거에 투입된 모든 에너지가 자전거를 언덕 위로 운반 할 것으로 예상되지만, 그렇지 않습니다. 또한 인체의 비 효율성이 관련이 있다고 생각합니다. 그러나 여전히 문제를 해결할 수 없습니다.

나는 당신이 힘보다는 효율성을 의미한다고 생각합니다.

제 생각에는 주요 rpm은 높은 rpm에서 생체 역학적 손실이 증가하고 (기본적으로 근육 마찰) 낮은 rpm에서 더 높은 힘으로 혈류가 감소하는 것입니다. 균형은 라이더와 지속 시간에 따라 다릅니다.

에서 인력의 IHPVA 저널, 문제 45 (PDF 파일, 인덱스 여기이 )가 타일러 해밀턴은 51 분 마운트 워싱턴 등반 경력에 대해 얘기 최대 인력라는 논문은 다음과 같습니다

"그러나 그는 23 이빨 톱니에 많은 등반을했고 21 년에 여러 차례 서지를 일으켰습니다." 그가 700mm 바퀴를 가지고 있었다면, 그의 평균 케이던스는 63RPM이었을 것입니다.

전체 기사를 읽을 가치가 있으며 유사한 논문의 색인을 찾아 보는 것이 좋습니다.

단점은 최고 스프린터가 종종 마지막 스프린트에서 150rpm을 훨씬 초과한다는 것입니다. 이 시점에서 그들은 최대 전력을 위해 생체 역학 효율을 거래하고 있습니다. 나는 약 130rpm에서 900W에서 10 초 동안 (> 8W / kg) 피크를 기록했지만, 350W 정도의 시간 성능은 약 80-90rpm의 케이던스를 사용했습니다.

실제 답변은 귀하에게 달려 있습니다. 그것은 당신의 몸 모양, 근육 유형, 체력 및 더 일시적인 요인에 달려 있습니다. 또한 실험에 의해 가장 잘 대답되는 질문이며 경쟁하는 경우 tr4aining 일정의 일부 여야합니다. 그렇지 않은 경우 정기적으로 타면서 등반 일기를 찾는 것이 좋습니다 .

긴 등반을위한 수화에 대한 많은 논의가있었습니다. 수분을 많이 섭취하고 무거운 것을 시작하거나 체중을 줄이려면 약간 탈수하는 것이 좋습니까? IIRC의 결론은 수화가 더 좋았지 만 참고 문헌을 찾을 수 없다는 것입니다.

동일한 라이더, 동일한 자전거 무게 및 등반 시간을 감안할 때 기어링이 파워에 영향을 미칩니 까? 또한 등반이 효율적이고 미끄러짐 타이어가없고 정상적인 페달링 등이 있다고 가정하십시오.

글쎄, 그것은 당신이 측정하는 "전력"에 달려 있습니다 :-).

자전거 전체의 운동력은 동일합니다. 같은 속도로 움직이는 경우에는 같은 힘입니다.

그러나 신체가 가하는 힘은 여러 가지 이유로 다를 수 있습니다.

• 근육은 아마도 가장 효율적인 속도와 힘 수준을 가지므로 근육 운동을 생성하기 위해 신체가 발휘해야하는 화학 에너지 / 전력은 다를 수 있습니다.
• 굴곡, 마찰 등으로 인한 다양한 에너지 손실 과정은 기어링에 따라 다를 수 있습니다. 예를 들어 기어가 낮을수록 체인 이동이 빨라지고 (마찰이 더 많음) 체인 장력이 낮아져 마찰이 줄어 듭니다. 또한, 더 낮은 기어에서는 체인 힘에 대한 응답으로 프레임의 휨이 더 낮을 것입니다.

내 인상은 (나를 백업 할 소스는 없지만) 일반적으로 인간 시스템은 90-100RPM 정도의 케이던스에서 가장 전력 효율이 뛰어나다 (즉, 발동력에 대한 페달 파워의 가장 좋은 비율). 을 위해 노력.

흥미롭게도, 최대 전력에 대한 최상의 케이던스 는 훨씬 낮습니다. 이것이 바로 자전거 타는 사람이 높은 기어와 낮은 케이던스를 스프린트에 사용하는 이유입니다. 그러나 이것은 높은 케이던스보다 훨씬 피곤하므로 장거리에서 비효율적입니다.

어쩌면 그것은 '아이 소닉'과 ' 아이소 메트릭 '작업 의 차이점입니다 .

예를 들어, 인간이 움직일 수없는 물체를 움직이려고하면 벽이나 무언가에 대고 밀어 붙이기 위해 많은 노력 (힘, 힘 또는 일)이 필요합니다.

기어가 너무 높으면 밀고 밀고 어디로도 갈 수 없습니다 (어딘가로 갈 많은 힘 => 0 % 효율).

기어가 너무 낮 으면 너무 쉽습니다. 저항없이 회전합니다. 회전 속도가 ~ 120RPM 정도로 제한됩니다. 즉 무한히 증가 할 수 없습니다. 따라서 (낮은 힘과 제한된 RPM) 당신은 당신이내는 힘의 양이 제한됩니다 (이론적 인 최대 힘보다 작습니다).

아마도 모든 지형 (상하 좌우)에서 사용할 수 있는 효율적인 ' 케이던스 '(아마도 90RPM)가있을 수 있으며 올바른 것 (기어를 사용하는 올바른 방법)은 기어를 지속적으로 조정하는 것입니다. a) 일정하고 효율적인 케이던스 (예 : 90 RPM)를 유지합니다. b) 해당 케이던스에서 충분한 힘 / 전력 출력을 유지합니다 (예 : 너무 쉬운 것 같으면 더 높은 기어로 전환하거나 너무 어려운 경우 더 낮은 기어로 전환하여 케이던스를 유지).

물론 기어비는 생산할 수있는 "잠재력"에 영향을줍니다. 가파른 언덕을 오르기 위해 최대한의 근육 노력을 고려하십시오. 체인 마찰 및 기타 보조 효과를 무시하면 근육이 생산할 수있는 가장 높은 힘으로 언덕을 가장 빠르게 올라갈 수 있습니다. 파워 = kx 토크 x 케이던스 (k는 파워 단위 (와트, 마력 등)를 결정하는 상수입니다. 너무 높은 기어를 타면서 앞으로 이동할 수 없다고 가정하십시오. 힐 (케이던스가 0 임) 케이던스가 0 일 때 토크는 최대 값이고 출력은 0입니다. 케이던스를 높이면 (기어 비율을 낮춤) 토크가 감소합니다. 케이던스 (힘에 비례)가 증가합니다. 기어비를 낮추어 케이던스를 계속 높이면 결국 에너지 최적화 최적 케이던스 (EOC)에 도달하게됩니다. EOC에서 근육이 생산할 수있는 힘은 최대입니다. EOC보다 케이던스를 높이면 최대 잠재력이 줄어 듭니다.

결론 : EOC에 최대한 가깝게 회전 할 수있는 기어비를 선택하십시오. 이 케이던스에서 가파른 언덕을 가장 빠르게 올라갈 것입니다.

참고 : 힘 대 케이던스 곡선은 거꾸로 포물선처럼 보입니다. 이것은 생물 물리학 및 기타 여러 가지 주제에 대한 그의 작업으로 노벨상을 수상한 Archibald Vivian Hill의 작업의 직접적인 결과입니다. 또한 최대 내구성은 EOC 미만의 케이던스에서 발생할 수 있습니다.

여기에는 몇 가지 요소가 관련되어 있으므로 어떤 대답도 간단하지 않습니다. 레온이 지적한 것처럼, 기어가 너무 단단해 움직일 수 없을 때 바퀴에 제로 파워가 공급됩니다. 기어비가 너무 작아 200RPM으로 회전 할 때 바퀴에 거의 작은 힘이 가해집니다.

그러나 더 중요한 것은 일정 기간 동안의 평균 힘은 근육이 어떻게 작용하는지에 대한 세부 사항에 크게 의존한다는 것입니다. AEROBIC 대 ANAEROBIC 운동이 주로 있습니다. 보통의 혈당을 가진 평균 라이더의 경우, 약 80RPM 이상을 타는 것은 대부분 호기성이며, 약 60RPM 미만을 타는 (반 도전)은 혐기성 조각이 큽니다. 유산소 운동은 혈당을 태우지 만 혐기성 운동은 근육에 저장된 글리코겐을 태 웁니다.

좋은 건강 상태의 근육은 짧은 기간 동안 (운동 강도와 혈류량에 따라 얼마나 짧은 지) 혈당만큼 효율적으로 글리코겐을 태울 수 있지만 근육에 저장된 글리코겐의 양은 아마도 충분합니다. 15-30 분의 고강도 운동 (신체의 글리코겐 저장량 증가를 목표로하는 훈련이 있지만 몇 시간으로 늘릴 수 있음).

따라서, 낮은 RPM을 생성하는 "어려운"기어를 타면 근육 글리코겐이 더 빨리 배출되고 더 빠른 피로가 발생합니다. 그리고 피로를 풀면 전력 출력이 떨어집니다. (물론, 너무 "쉬운"기어로 주행하면 RPM이 지나치게 높아지고 평균 라이더의 "최적"RPM은 일반적으로 100 미만입니다. 그 사이에, 적당한 글리코겐 소비와 약간 증가 된 근육 힘을 교환합니다. "천천히"근육과 다른 요인들과 교전함으로써 얻을 수 있습니다. 다운 시프트없이 짧고 가파른 언덕을 오르는 것과 같이 짧고 수요가 많은 상황에서는 글리코겐이 필요하다는 것을 명심하십시오. 글리코겐이 완전히 소진되면 어떤 상황에서는 실제로 근육을 손상시킬 수 있습니다.

또한 민감한 사람에게는 너무 어려운 기어를 일관되게 사용하여 무릎 부상을 입을 수 있다는 점도 고려해야합니다.

내 이해로는, 그렇게해서는 안됩니다. 가장 간단한 설명은 파워 아웃이 파워 인 타임 효율과 같다는 것입니다 (효율은 마찰, 공기 저항, 구름 저항, 열 등으로 인한 에너지 손실입니다). 기어를 변경해도 동력이 변경되지 않으며 (그 부분이 모두 귀하에게 있습니다) 기계적 효율도 변경되지 않습니다. 따라서 전원 출력은 변경되지 않습니다.

조금 더 깊을수록 힘은 총 시간 ( P_avg = ΔW/Δt) 동안 수행 된 총 작업 입니다. 이 경우 동일한 기간에 걸쳐 고려하고 있으므로 Δt일정합니다. 회전 맥락에서, W토크 (회전력)에 각속도 (회전 속도)를 가한 시간 또는 W = τθ. 기어는 일정한 작업 출력을 유지하면서 토크와 각속도 사이의 비율 만 변경합니다. 다시 말해서, 더 높은 기어로 가려면 토크의 두 배가 필요하지만 페달은 절반으로 빠르게 회전합니다. 기어가 낮을수록 두 배 더 빠르게 회전 할 수 있지만 토크의 절반을 사용하게됩니다. 작업 출력이 동일하므로 전원 출력이 동일합니다.

이것이 휠 속도에 어떤 영향을 줍니까? 글쎄, 똑같이 W = τθ바퀴 에도 영향을 미칩니다. 바퀴는 거꾸로 보입니다. 톱니에서 페달을 밟고 바퀴가 버텀 브래킷에 부착되어 있는지 상상해보십시오. 기어가 낮을수록 휠에 더 많은 토크가 가해 지지만 (높은 가속이 가능) 각속도 (회전 속도)는 낮습니다. 기어가 높을수록 휠에 많은 토크가 걸리지 않으므로 가속하기가 어렵습니다. 이상적으로는 가능한 한 높은 기어를 사용하면 최고 속도를 얻을 수 있습니다.

그러나 그것이 인체가 작용하는 곳입니다. 우리는 전력을 생산하는 두 가지 보완 시스템, 즉 전력을 적게 생산하지만 오랜 시간 동안 지속되는 심장 혈관 시스템과 고전력 생산에 탁월한 근육 시스템, 단기간 동안의 두 가지 보완 시스템을 갖추고 있습니다. 스프린트하지 않을 때 이상적으로 두 시스템이 유지할 수있는만큼의 전력을 생산하기를 원합니다. 그 동력의 총합 (효율 손실 빼기)은 총 동력 출력이 될 것이며, 고도 변화, 구름 저항 및 공기 역학에 따라 그 출력의 비율이 토크 대 거리 (따라서 기어비)에 사용될 것입니다. .

희망이 도움이됩니다.

기어 및 게인 비율은 전력에 영향을 미치지 않습니다. 라이더와 다르게 느껴진다 고 가정하면 정확하지만 다른 세 변수가 동일하면 전력 속도는 동일합니다. 이 경우, "쉬운"기어비에서, 케이던스는 동일한 상승 시간 (속도)을 유지하기 위해 상당한 증가를 요구할 것이며 라이더가 동일하면 작업 속도는 동일합니다. 페달링 속도의 증가는 낮은 케이던스에서 "보다 단단한"기어와 비교하여 전력 소비의 차이를 구성합니다.