다른 공기 밀도에서 전력 출력

공기 밀도에 영향을 미치는 요소는 고도, 공기 온도, 공기 습도 및 기압입니다. 계산기 : http://barani.biz/apps/air-density/

다른 공기 밀도로 주행하면 전력 출력 및 속도에 어떤 영향을 줍니까?

몇 가지 고려 사항이 있으므로이 질문으로 돌아옵니다.

OP는 (기압) 기압만을 언급했으며 반드시 고도는 아닙니다. 기압만으로 시작하여 고도의 영향으로 돌아갑니다.

동일한 고도에서 전형적인 기압 변화, 따라서 산소 분압 (O2)에 미치는 영향은 사용자가 전력을 생산하는 능력에 눈에 띄게 크지 않지만, 도달 할 수있는 속도에 영향을주기에 충분합니다 주어진 전원 출력. 도시에 대한 일반적인 라이딩에서 눈에 띄는 것은 아니지만 타임 트라이얼 라이더는 기압에 따라 더 빠르거나 느린 시간을 달성 할 수 있습니다.

같은 고도에서 기압의 10 % 변화는 발생하지 않습니다. 예를 들어 초 저압 일 (예 : 중앙 저압 구역 @ 970 hPa의 범주 2 ~ 3 사이클론)과 초고압 (예 : 1030 hPa에서 미세한 날)의 차이는 6 %에 불과합니다.

허리케인이나 사이클론을 타지 않을 가능성이 있기 때문에 실제로 탑승 할 조건에 대한 기압의 변동은 일반적으로 몇 퍼센트에 불과합니다. 그럼에도 불구하고 타임 트라이얼 레이서의 경우 40km 이상의 코스에서 저압과 고압의 날 사이의 공기 밀도 차이로 인해 코스 시간이 30 초 차이가 생길 수 있습니다.

대기 밀도 는 기압 변화만으로도 그 이상으로 달라질 수 있습니다. 대기 밀도는 주로 기압, 대기 온도 및 고도의 함수입니다.

대기압은 기압이 증가하면 증가하고 온도와 고도가 증가하면 감소합니다. 습도는 공기 밀도에 미치는 영향이 매우 적지 만 (완전히 무시할 수 있음) 습도를 높이면 공기 밀도가 약간 줄어 듭니다.

고도가 성능에 미치는 영향

다른 사람들이 말한 것처럼 사이클링 성능에 대한 고도의 영향을 고려하면 두 가지 주요 요소가 있습니다.

나는. 고도가 증가함에 따라 O2의 분압이 감소함에 따라 지속 가능한 전력을 생산할 수있는 능력에 대한 생리 학적 영향

ii. 공기 밀도가 감소함에 따라 물리학적인 영향으로 동일한 전력 출력 (ceteris paribus)에서 더 높은 속도를 얻을 수 있습니다.

생리 학적 영향

고도가 높아지고 공기 밀도가 떨어지면 "얇은"공기는 산소 분압이 감소한다는 것을 의미하며, 이는 호기성 대사를 통해 유지할 수있는 출력에 부정적인 영향을 미칩니다. 전력 손실은 우리가가는 높이와 고도에 대한 개인의 반응에 따라 20 % 이상이 될 수 있습니다.

유산소 운동 수행에 대한 고도의 영향을 조사한 논문이 몇 개 있으며 고도의 함수로서의 전력 손실을 추정하기 위해이 공식을 사용했습니다. Peronnet 등의 1989 년 논문 중 하나와 Bassett 등의 1999 년 논문 중 2 개는 각각 적응 된 선수와 비 승인 된 선수를위한 것입니다. 이것에 덧붙여서 Clark et al.의 2007 년 연구에 근거하여 네 번째 공식을 만들었습니다. 관련 논문은 다음과 같습니다.

Péronnet F, Bouissou P, Perrault H, Ricci J .: 사용 된 고도와 재료에 따른 사이클 시간 기록 비교.

Bassett DR Jr, Kyle CR, Passfield L, Broker JP, Burke ER .: 사이클 세계 시간 기록 비교, 1967-1996 : 경험적 데이터를 사용한 모델링.

Clark SA, Bourdon PC, Schmidt W, Singh B, Cable G, Onus KJ, Woolford SM, Stanef T, Gore CJ, Aughey RJ .: 잘 훈련 된 사이클리스트의 힘, 성능 및 페이싱 전략에 대한 급성 시뮬레이션 중간 고도의 효과 .

Peronnet 등은 실제 세계 사이클링 시간 기록의 경험적 데이터를 사용하여 고도가 엘리트 사이클의 전력 출력에 미치는 영향을 추정했습니다. 고도로 인한 전력 손실을 추정하는 데 사용되는 가정에는 약간의 오차가있을 수 있습니다. 특히 공기 역학적 항력의 힘이나 계수가 측정되지 않았기 때문에 각 라이더의 힘을 추정하는 데 사용 된 방법으로 인해.

David Bassett, Jr 박사의 이전 Wattage 포럼 FAQ 항목에 따르면, 두 Bassett et al 공식은 고도로 훈련 된 엘리트 러너 4 군의 에어로빅 성능에 대한 고도 영향을 조사한 초기 논문에서 도출되었습니다. 따라서 이러한 공식은 사이클리스트에서 파생 된 것이 아니지만 사이클리스트의 에어로빅 용량 손실까지 일반화 할 수 있습니다.

마지막으로 Clark 등의 연구는 시뮬레이션 된 고도 200, 1200, 2200에서 라이더를 테스트하여 고도로 훈련되었지만 고도가 적지 않은 사이클리스트 및 트라이 애 슬릿에 대한 최고 산소 이용률 (VO2), 총 효율 및 사이클링 출력에 미치는 영향을 측정했습니다. 3200 미터 그들은 최대 5 분 전력 출력, VO2 및 200 미터 성능 대비 총 효율뿐만 아니라 최대 VO2 이하 및 총 효율을 포함한 여러 가지 요소를 조사했습니다.

이 데이터를 사용하여 Peronnet 등 및 Bassett 등의 수식과 유사한 수식을 생성했습니다 (이 표의 숫자는 다른 답변 중 하나에 나열되어 있음). 물론 5 분 전력에 대해 1 시간 전력의 동등한 감소를 가정합니다. Clark 등은 5 분 최대 전력보다 VO2 피크 감소가 약간 더 높았으며, 고도에서 5 분 최대 전력에서 총 효율에는 변화가 없음을 지적했다. 따라서 아마도 차이를 구성하는 혐기성 대사 기여가 있습니다. 시뮬레이션 된 3200 미터에서 최대 이하의 효율 손실이 나타납니다.

이 예에서는 공식의 기본 데이터로 VO2 피크에 빠지지 않고 5 분 전력 감소를 사용하도록 선택하고 해수면 동등성에 대한 공식을 상쇄하여 공식과 일치하도록 조정을 적용했습니다. Peronnet 등 및 Bassett 등. 물론보고 된 데이터를 볼 때 각 시뮬레이션 고도에서 테스트 그룹 내에 상당한 변동이있을 수 있으므로 공식은 각 시뮬레이션 고도에 대한 그룹 평균을 기반으로합니다.

공식은 다음과 같습니다.

x = 해발 킬로미터 :

Peronnet 등 :
해수면 전력의 비율 = -0.003x ^ 3 + 0.0081x ^ 2-0.0381x + 1

바셋 (Basett) 등 고도에 적응 한 운동 선수 (고도에서 몇 주) : 해수면의 비율 = -0.0112 x ^ 2 – 0.0190x + 1 R ^ 2 = 0.973

Bassett et al 비고도 적응 운동 선수 (고도에서 1 ~ 7 일) : 해수면 비 = 0.00178x ^ 3 – 0.0143x ^ 2 – 0.0407x + 1 R ^ 2 = 0.974

Clark 등의 시몬스 공식 : 해수면 전력의 비율 = -0.0092x ^ 2 – 0.0323x + 1 R ^ 2 = 0.993

그리고 차트 형태로 다음과 같이 보입니다.

이제는 각 연구에 사용 된 샘플의 평균값이며 개별 변형이 존재하므로 모든 개인에게 미치는 영향은이 범위에 있지만 다소 차이가있을 수 있습니다.

물리 영향

물론 성능 관점에서 볼 때 고도가 증가하면 전력 출력이 손실되지만 공기 밀도가 낮을수록 동일한 전력 출력 (및 공기 역학)을 위해 더 빠른 속도로 이동할 수 있으므로 성능이 향상됩니다.

물리학은 매우 간단하며 생리 학적 영향과 달리 모든 사람에게 동일하게 적용됩니다. 예를 들어 사이클링 세계 시간 기록의 물리학에 대한 고도의 영향을 조사한 결과, 고도가 증가함에 따라 공기 밀도가 감소하면 동일한 전력 출력으로 더 빨리 여행하거나 다른 방법으로 전력 수요가 줄어드는 것을 의미합니다. 고도가 증가함에 따라 주어진 속도.

결과적으로이 차트는 47km / h에서 Chris Boardman의 56.375km / h 기록에 이르는 속도에 대한 공기 역학적 항력 비 (W / m ^ 2)와 고도의 관계를 보여줍니다.

본질적으로, 고도가 증가함에 따라 공기 역학적 항력 비는 동일한 속도로 줄어 듭니다.

생리 학적 및 물리적 영향의 순 영향

두 가지를 결합하면 결과는 다음과 같습니다.

이것은 해석하기에 합리적으로 간단해야하지만 설명조차 제공 할 것입니다.

가로축은 고도이며 어두운 세로선은 전 세계의 다양한 트랙의 고도를 나타냅니다.

수직축은 달성 가능한 해수면 속도의 비율입니다.

곡선의 컬러 라인은 위에서 강조된 각각의 공식을 사용한 전력 감소와 공기 밀도 감소를 결합하여 동일한 전력에 대해 더 빠른 속도를 가능하게하는 조합 된 영향을 나타냅니다.

예를 들어, 녹색 선 (Basset et al Acclimated)을 살펴보면 자전거 운전자가 고도가 높아질수록 약 2,900 미터까지 더 높은 속도를 유지할 수 있으며 고도가 더 증가하면 감소를 나타냅니다 전력 손실이 공기 밀도의 감소를 초과하기 시작함에 따라 달성 가능한 속도에서.

Aigle Switerland의 트랙은 런던보다 약 1 %의 속도 증가를 나타내는 반면, Aguascalientes를 타면 2.5 % ~ 4 %의 속도 향상이 가능합니다. 멕시코 시티로 가면 조금 더 얻을 수 있지만 차트에서 알 수 있듯이 곡선이 평평 해지기 시작하므로 리스크 v 보상 균형은 더 위험한 스펙트럼 끝쪽으로 기울어집니다.

따라서 고도는 이득이 좋은 경우를 나타내지 만 공기가 점점 희박 해짐에 따라 수익이 감소합니다. 2,000 미터 이상으로 올라가면 속도 증가가 점점 줄어들 기 시작하고 결국 감소하기 시작합니다. 즉, "스위트 스폿"고도가 있습니다.

주의 사항과 몇 가지가 있지만 가장 중요한 사항은 다음과 같습니다.

• 개인의 스위트 스폿 고도는 고도에 대한 개별 반응에 따라 달라집니다

• 플롯 된 선은 연구 된 운동 그룹의 평균을 나타내고;

• 사용 된 공식은 유효 영역이 제한적이며 플롯 된 선은 그 범위를 넘어 확장됩니다.

• 이것 만이 고려해야 할 성능 요소 일뿐만 아니라 가장 중요한 두 가지 요소입니다.

나는 고도에서의 성능 저하가 여기에 제안 된 것보다 조금 더 급격히 발생할 수 있다고 생각합니다. 그럼에도 불구하고, 고도에 대한 개인의 반응이 범위의 하한에 있더라도 동일한 원칙이 적용되며, 누군가가 최소한 적당한 고도 트랙으로 향하는 것이 성능 관점에서 나쁜 아이디어라고 제안하는 이유를 상상하기 어렵습니다.

좀 더 읽고 싶다면 여기에서 세 가지 블로그 항목에서 이러한 문제를 다룹니다.

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

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

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

다음 차트는 Training Peaks 블로그 의 흥미로운 기사에서 찾을 수 있습니다 . 이것으로부터 당신은 파워 레벨을 조절할 수있을 것입니다.

고도가 높아지면 전력이 줄어 듭니다. 그러나 오프셋은 공기 밀도가 병렬로 줄어든다는 점입니다. 그리고 이것이 많은 시간의 기록이 고도에서 시도 된 이유입니다. 최적은 분명히 3500m입니다. 따라서 속도의 증가는 전력 손실보다 중요합니다. 따라서 라 파스 (볼리비아)에서 3400m에있는 벨로드롬의 인기와 2230m에있는 멕시코 시티 벨로드롬의 인기가 있습니다.

타이어 압력과 구름 저항의 개념에 대해-높은 타이어 압력에 대한 신화를 밝힌 최근 기사가 있습니다-높은 타이어 압력의 진동에 의해 생성되는 에너지 손실이 타이어 압력이 실제로 "정상보다 더 빠르다는 것을 의미합니다" "노면.

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