Мощность, аэродинамика, эффективность, скорость и время

Что-то я запутался с расходом энергии на велосипеде.
По данным нескольких сайтов для скорости 20 требуется ~650 ккал при массе 78 кг (цифра колеблется в пределах 350 - 700), что хорошо согласуется с моим расходом по пульсометру. Для этой же скорости нужно 70 Вт, или с учётом КПД мышц 318 "грязных" Вт. 318 ватт-часов это 273 килокалории. Разница в 2 с лишним раза.
В чём ошибка?

_________________
Всем тем, кто говорит: "зачем писать правильно, мы же не на уроке русского языка", желаю встретить кассира, который обсчитает их со словами: "зачем считать правильно, мы же не на уроке математики".

для скорости требуются ватты (интенсивность)
А калории это ватт-часы (количество)

Если там имелось ввиду затраты за 1 час, то 650 тепловых ккал/час это 166 Ватт на валу каретки.
Можно ли подобрать условия (тип велосипеда, тип покрытия, профиль) чтобы при 166 Вт скорость составляла лишь 20 км/ч? Можно.

кстати, давно хотел спросить Юрия. В том году ещё, где-то видел темку про велик и там велись рассуждения о эффективности использования передних звёзд. Найти не могу, но надеюсь, что пояснят здесь. тем более, что данная тема очень хорошо вписывается в требуемый контекст вопроса.
Суть в том, что на шатунах 2-3 звезды обычно. Одну ту же скорость можно получить с помощью разных передаточных соотношений. Например, большая передняя на 52 зуба и задняя на 20, ну и передняя там 38 и задняя там 16-14. Меняется только каденс для получения нужной скорости. Так вот, сам вопрос в том, что эффективнее (условия равнины, условия горы, условия спуска) в разных условиях и как это выражается в цифрах.

П.С. Не пинайте за нубство сильно. Просто читать про различные выкладки связанные с формулами мегаинтересно.

_________________
Турист 87
Старт-Шоссе 85
Чемпион Шоссе

Виноват, слишком упростил, имеется в виду расход энергии в час.
Подобрать конечно можно... Непонятно, почему по результатам тестов на шоссейном велосипеде в близких к идеальным условиях для этой скорости требуется около 70 ватт-часов энергии, а по таблицам расхода и по моему пульсометру 166. Если бы ватт 100, то ещё можно понять, но такая большая разница Вроде и КПД мышц у меня должен быть около 22 %, набор высоты 100 - 200 м на 20 км, вел подходит под определение шоссейного, ветра особого не было...

_________________
Всем тем, кто говорит: "зачем писать правильно, мы же не на уроке русского языка", желаю встретить кассира, который обсчитает их со словами: "зачем считать правильно, мы же не на уроке математики".

Дай такие данные из своего пульсомера:
- время
- средний пульс (AVG)
- насчитанные ккал

(за какую поездку неважно, любой лог любой продолжительности и интенсивности с AVG между 130 и 160)


не сомневайся, 22%.
Биохимия у всех одинаковая. Что в улитки, что у гепарда количество молекул АТФ производимых 1 молекулой глюкозы или жира - одинаковое.

koriniy В журнале HPV nieuws no.50 , 2000 есть статья о КПД цепной многоскоростной трансмиссии ("On the efficiency of bicycle chain drives"), при уменьшении задней звезды падает КПД, увеличивается нагрев


каденс НЕ меняется. 51х17 это то же самое что 39х13. С завязанными глазами велосипедист не определит что там включено. Укладка (количество сантиметров пробега покрышки за 1 оборот шатуна) не меняется. Одну и ту же укладку можно получить на разных комбинациях передней и задней звезд.


КПД цепной многоскоростной трансмисии (типа Dura-ace) меняется в широких пределах от 85 до 99%, в зависимости от мощности, оборотов, и от выбраных звезд (при неизменной мощности и оборотах).

Если мощность и обороты (каденс) это внешние, нетехнические факторы, зависящие от спортсмена. То выбор размеров звезд это внутренний технический фактор, зависящий от инженеров. (представьте трансмиссию типа планетарной втулки - её внутренее устройство, реальные геометрические размеры для нас покрыты тайной, мы чувствуем только изменение передаточного числа. Но одна фирма А может сделать втулку с КПД 90% а другая с КПД 95%).

Почему меняется КПД цепной передачи при изменении размера ведущих/ведомых звезд.
Потери в трансмиссии - тепловые, от трения.
Сила трения = К * силу прижима, где К - коефициент трения, для твердых материалов он близок к 1 и вообще для разных материалов отличается незначительно.
Энергия трения = сила трения * дистанцию (на протяжении которой преодолевается сила трения).

Из первой формулы очевидно, что сила трения максимальная в наиболее нагруженных узлах трансмисии, а из второй - что энергия наибольшая там где трущиеся части перемещаются между собой более всего.

Таким местом в цепной трансмиссии является место отмеченное стрелкой:



Цепь нагружена в этом месте максимально (силой F), и именно в этом месте при сбеге цепи с зубьев происходит проворот линков на угол "Альфа".
Внизу при набегании на кассету (и на переключатель) угол Альфа хоть и тоже великий - но в тех местах цепь практически не нагружена (только небольшая сила натяжение пружиной переключателя, F сотни грамм там ничто по сравнению с десятками килограм вверху)

Именно в этом месте, плотно соприкасающиеся линки производят наибольшую силу трения (которая и выедает канавки в пинах - что приводит к растяжению цепи) и тратит полезные ватты в тепло.

А теперь проанализируем как энергия трения зависит от размера (радиуса) ведомых звезд.
Угол проворота Альфа равен (360/N), где N количество зубов ведомой звезды.



Т.е. при сбеге например с звезды 12Т в пине прогрызается канавка аж на 30 градусов, а при сбеге с 24Т в 2 раза меньше - лишь на 15 градусов. Если бы сила F была одинаковой, то в первом случае потери Джоулей были бы в 2 раза больше.

Но! Чтобы передать одну и ту же мощность из педалей, для малой звезды натяжение цепи F должно быть тоже в 2 раза больше, для чего спереди включается звезда в 2 раза меньшего размера.

Если например Армстронг едет 500 Ватт при 90 rpm, сравним что будет происходить при 52х24 и 26х12 (принимаем что педаляж не пульсирующий, а идеально круговой, как у электродвигателя). Крутящий момент 53,15 Н*м.

52х24 - цепь натянута 26 кгс, проворот линка 15 градусов
26х12 - цепь натянута 52 кгс, проворот линка 30 градусов

Во втором случае на провороте 1 линка тратится в 4 раза больше энергии!
Но т.к. во втором случае цепь движется в 2 раза медленнее, совершает в 2 раза меньше оборотов за единицу времени, то потери Ватт выше лишь в 4/2 = 2 раза.
Если условно в первом случае потери составляли ватт 20 (КПД 96%), то во втором они составят ватт 40 (КПД 92% ).

Эта энергия приводит как к снижению спортивного результата, так и к повышенному износу цепи и кассеты.
Повышенный износ кассеты дополнительно происходит из-за худшего распределения давления роликов на зубы.
Чем меньше зубов в звезде - тем меньше зубов находится в одновременном зацеплении и тем логарифмичнее падение нагрузка на N+1-ый зуб (из-за угла альфа).
Из-за этого малые звезды делают только из каленой стали, тогда как крупные делают из дюраля и титана.

1:47:37
148
1368

_________________
Всем тем, кто говорит: "зачем писать правильно, мы же не на уроке русского языка", желаю встретить кассира, который обсчитает их со словами: "зачем считать правильно, мы же не на уроке математики".

Он считает что владелец выдает 196 Ватт при пульсе 148.

В этом исследовании приводится такой статистический график



По этому графику мощность 200 Ватт на пульсе 150 выдает "мастер спорта", а "перворазрядник" на таком пульсе выдает лишь 125 Ватт.
Твой пульсометр считает тебя "мастером спорта" (хотя явно не велоспорта).

Мой пульсомер просит владельца самостоятельно определить свой уровень подготовки по 5 бальной шкале. Я ставлю 3 из 5. Тогда для пульса 149 он считает 194 Ватта. Вполне корелирует с моими даными на эргометре. Средняя скорость движения на реальной дороге получается около 33 км/ч

Значит мой пульсомер расчитан на мастера спорта, и на выдаваемые им ккал не стоит смотреть.

Следовательно и таблицы расхода так же врут...
Если взять мощность из исследования Bert Hoge, Jeroen Schasfoort - 70 Вт для скорости 20 км/ч (90 кг), то выходит, что тестер расходовал 273 ккал. А для более лёгкого всадника будет ещё немного меньше.
Считалки калорий вроде бы основаны на реальных измерениях (камеры с циркулирующей водой, газоанализаторы) и погрешность должна быть поменьше 150 %. Можно предположить, что расход там указывается не для шоссейного велосипеда на треке, а для "Украины" на реальной дороге, эффективность ниже, расход энергии выше. Но вряд ли имеется в виду езда в пятипроцентную горку или против хорошего ветра. В общем непонятно, почему для вело там указан такой большой расход энергии, и можно ли им вообще верить (значениям расхода энергии при другой активности)?

_________________
Всем тем, кто говорит: "зачем писать правильно, мы же не на уроке русского языка", желаю встретить кассира, который обсчитает их со словами: "зачем считать правильно, мы же не на уроке математики".

Где "там"?


Считать намного проще обыкновенным эргометром, точность +-1..2%

_________________
Всем тем, кто говорит: "зачем писать правильно, мы же не на уроке русского языка", желаю встретить кассира, который обсчитает их со словами: "зачем считать правильно, мы же не на уроке математики".

1, 2, 3, 4, 5, 6 сайты - у них расход линейно зависит от веса, затраты составляют 8.4 ккал/час (на 6-м сайте 7.7 ккал/час) на 1 кг веса при скорости 20 км/ч (2,156 Ватта на каждый 1 кг массы тела).
Такая методика является полным бредом (как и всё остальное на этих бездумных сайтах-клонах - у них даже езда на машине на 1 кг живого веса берется. Типа водитель 100 кг расходует в 2 раза больше калорий чем водитель 50 кг. То же самое "чтение вслух", "печатание на машинке" ).

Если взять МТБ велосипед весом 12 кг на городских покрышках (типа Scwalbe City Jet 47c), при росте всадника 175 см для скорости 20 км/ч на твердом покрытии будут такие затраты:

050 kg - 72W - 1.44 W/kg
060 kg - 77W - 1.28 W/kg
070 kg - 82W - 1.17 W/kg
080 kg - 87W - 1.09 W/kg
090 kg - 92W - 1.02 W/kg
100 kg - 97W - 0.97 W/kg

Здесь и близко не пахнет 2,16 Ваттами на 1 кг, и вообще мощность настолько мало зависит от веса, что другие факторы намного более влиятельны.

Все сайты - бездумные клоны, сделанные школьницами, которые не отличат джоуль от метра, а калорию от килограма.

Привет, подскажите новичку, пожалуйста, вот еще что: насколько "гасят" скорость вибрации при езде по плохому асфальту? Я взял на свой кантрийник-хардтейл для езды по асфальту трекинговые шины на 1.75 дюйма (диаметр 38 мм по факту) и как-то раз попробовал перекачать их до 100 пси - дико устал от вибрации и проиграл себе 10 мин. на полуторачасовом подъеме. Насколько я понимаю, при этом сильно укорачивается пятно контакта, теряется "гладкость качения" и вибрация от корявого асфальта передается на вел. Или все это субъективно?

Спасибо за очередное "разрушение легенд", я к ним серьёзно относился
А не подскажешь где глянуть подобное, но составленное не школьницами?

_________________
Всем тем, кто говорит: "зачем писать правильно, мы же не на уроке русского языка", желаю встретить кассира, который обсчитает их со словами: "зачем считать правильно, мы же не на уроке математики".

http://bikecalculator.com/ может уже было, но вроде не похоже на женский журнал