Se necesita potencia adicional cuesta arriba para aumentar de peso

¿Cuánto significa el peso al ir cuesta arriba?

Digamos que estoy subiendo una montaña con 1000 m de elevación y es bastante empinada: 10%. Digamos también que puedo mantener 250 vatios. Si agrego 1 kg de peso a la bicicleta, ¿puedo determinar cuánto más lento (a tiempo) seré? ¿Cuántos segundos perderé?

Muéstrame la fórmula y el cálculo de esto, y no dudes en elaborar todo el tema.

Suponiendo que está haciendo un comienzo de pie y llegando a una parada completa en la cima de la colina. El requisito simple es que necesita energía para moverlo de abajo hacia arriba. La mayor parte de la energía requerida será para aumentar la energía potencial de la carga útil (usted y la bicicleta). Esencialmente, estará creando energía cinética (moviendo la bicicleta) mediante la conversión de energía química en su cuerpo. Habrá pérdidas debido al calor, la fricción con la superficie del camino y la resistencia del aire.

Sin tenerlas en cuenta por el momento (no son insignificantes, pero complican el cálculo).

Energía potencial (PE) = m * g * h

Dónde:

m = masa

g = aceleración gravitacional

h = altura

PE es proporcional a m, por lo que un aumento del 10% en masa aumentará el PE en un 10%. Lo que significa que necesitará un 10% más de energía cinética para llegar a la cima de la misma colina.

El poder es el trabajo realizado (energía) dividido por el tiempo:

P = W / t

Dónde:

P = potencia en vatios

W = trabajo realizado o energía en julios

t = tiempo para hacer el trabajo.

Si su poder es constante, podemos reorganizar la ecuación para obtener

P = (m * g * h) / t

se convierte en:

t = (m * g * h) / P

entonces, con potencia constante, gravedad y altura de la colina, su tiempo aumentará proporcionalmente al aumento de masa, dado por la ecuación anterior.

Si no hay viento, la resistencia del aire será menos relevante cuanto más lento vaya. La fricción aumentará debido al aumento de peso. La inclinación de la colina es teóricamente irrelevante en este cálculo. Estás ganando la misma cantidad de energía potencial de gravitación cuando tienes la misma masa a la misma altura. Entonces, en teoría, no debería importar si la colina es 10% o el doble de largo y 5%.

Sin embargo, como está generando la energía que necesita para crearla a partir de energía química, y solo hay una cantidad que puede generar a la vez. Sus músculos se volverán ineficientes y, por lo tanto, en colinas más empinadas puede necesitar más energía que las menos pronunciadas. Por lo tanto, en una colina más empinada, la resistencia al viento podría ser menos relevante, pero la relación potencia / peso (cuánta energía puede producir con el tiempo) a peso se convertirá en el factor más relevante.

Lo que estoy tratando de señalar en el último párrafo es que la energía que necesita poner en su cuerpo y que su cuerpo se convierta en movimiento hacia adelante no es lo mismo que la energía cinética simple requerida para llegar a la cima de la colina . Sin embargo, si todo es igual, un cambio en la masa tendrá el mismo efecto en el tiempo que dije en las ecuaciones.

Si en un paseo agrego 1 kg de peso a la bicicleta, ¿cuánto más lento (en el tiempo) seré?

Suponiendo que usted y su bicicleta pesen 100 kg (en números redondos), 1 kg adicional provoca un aumento del 1% en el peso, es decir, un aumento del 1% en la energía potencial asociada con la escalada.

Si su potencia de salida es constante, eso implica un aumento del 1% en el tiempo.

Sin embargo, parte de su potencia de salida superará la resistencia al viento y a la rodadura, no la energía potencial. Si solo la mitad de su potencia va a energía potencial (que depende del peso), y la mitad es constante (independiente del peso), creo que eso implicaría un aumento del tiempo del 0,5%.

¿Tiene sentido, no lo creo sin decir cuántos vatios produzco, digamos que produzco 250W

Lo que escribí arriba no se ve afectado por su poder total; el cambio es relativo en lugar de absoluto: es decir, es 1%, sin importar de qué sea 1%.

Parte de la agitación manual en mi declaración es "Si su potencia de salida es constante": lo cual es cierto si tiene un control preciso sobre sus engranajes (para que pueda, como, ya sabe, reducir un 1% para ajustar al aumento del 1% en el peso y, por lo tanto, el esfuerzo).

El cambio no es en realidad lineal: por ejemplo, si se tratara de un aumento de peso de 1000 kg, es decir, 1000% en lugar de 1%, tendría que reducir la velocidad tanto que iría tan lentamente que no podría quedarse erguido en una bicicleta de dos ruedas. Sin embargo, para aumentos relativamente pequeños en el peso, espero que la diferencia en el esfuerzo (y, por lo tanto, también, a través del movimiento de la mano descrito anteriormente, la diferencia en la duración) sea aproximadamente lineal.

Un Joule es un Newton-metro y también es un Watt-segundo. La gravedad es de aproximadamente 9.81 Newtons / kilogramo.

Elevar 1 libra 1000 pies sería elevar 0.4536 kg 304.8 metros. Entonces eso sería 9.81 * 0.4536 * 304.8 = 1356 julios, o 1356 vatios-segundo.

Su producción máxima de energía sostenida probablemente esté en el rango general de 300 vatios (y "crucero" sería alrededor de la mitad de eso), por lo que tendría que usar toda su energía durante aproximadamente 4.5 segundos para elevar esa libra 1000 pies. (O, para ponerlo en perspectiva, unos 19 minutos para elevar una bicicleta de 250 libras + un ciclista de 1000 pies).

Para sus supuestos 250 vatios, esto sería 5.4 segundos por una libra o 22.6 minutos por 250 libras. Esto produciría una velocidad, en la distancia de 10,000 pies, de aproximadamente 5 mph. (Tenga en cuenta que una caída muy por debajo de aproximadamente 200 vatios producirá una velocidad demasiado lenta para mantenerse en pie, especialmente dado que cuanto más lento vaya, más energía debe gastar tratando de mantenerse en posición vertical).

Por supuesto, esto ignora las pérdidas de resistencia al viento y a la rodadura y, por lo tanto, el tiempo requerido para "cubrir la distancia" en terreno llano. La resistencia a la rodadura sería aproximadamente la misma que en terreno llano, pero la resistencia al viento sería menor, ya que se mueve más lento, y la resistencia al viento es generalmente la mayor de las dos. Por lo tanto, debe agregar a los tiempos anteriores tal vez 1/2 o 2/3 del tiempo que le tomaría cubrir la misma distancia en terreno llano. Para una calificación del 10%, sería el momento de cubrir 10,000 pies o aproximadamente 1.9 millas. A 15 mph eso sería aproximadamente otros 7.5 minutos, así que agregue quizás la mitad de eso.

Ratas - Acabo de darme cuenta de que la pregunta estaba en kg y metros ...

"Si en una carrera (de 10,000 metros al 10%) agrego 1 kg de peso a la bicicleta, ¿cuánto más lento (en el tiempo) seré (suponiendo una salida de 250 vatios)?":

Eso sería 9.81 * 1 kg * 1000 metros * = 9810 vatios-segundo. Con 250 vatios, eso es 38.84 segundos de tiempo adicional debido a la adición de 1 kg.

Y se me ocurre ... que uno podría usar los mismos cálculos al revés para calcular aproximadamente la salida de potencia, dado un peso, una velocidad promedio y una pendiente promedio. Esto probablemente sería más preciso que muchos otros esquemas de estimación de potencia.

Como ya se señaló en las otras respuestas, un kilogramo adicional es bastante insignificante cuando se trata únicamente de la energía potencial adicional que necesita. Pero hay otros factores en los que puede tener un efecto más o menos grande.

En primer lugar, su cuerpo no necesariamente responde linealmente a una carga mayor. Mientras se encuentre en una región donde pueda hacer el ascenso sin fatiga notable, será un poco más lento con la misma potencia de salida. Pero si la subida lo llevará a sus límites incluso sin el peso adicional, cada gramo adicional lo llevará a su límite un poco antes y hará que sea más difícil continuar.

También la masa juega un papel importante cada vez que tienes que acelerarla de alguna manera. Algunas cosas en las que pienso son:

• Suavidad de la subida: la aproximación que concierne solo a la energía potencial funciona mejor, más suave es la subida. Si sube en una pendiente pavimentada y constantemente inclinada donde puede asumir que viaja a una velocidad casi constante, no debería haber mucha diferencia. Sin embargo, si va en bicicleta de montaña en un camino donde tiene mucha "acción" en la bicicleta (suba escalones, trate de mantener la tracción en terreno suelto, cambie entre secciones más empinadas y más planas), puede ser diferente.

• "Lugar" del peso adicional: puede hacer una diferencia donde se agrega el peso. El mayor efecto será si tiene peso adicional en las piezas giratorias (ruedas, tren de transmisión). Pero también una bicicleta más pesada en sí misma hará que se sienta menos receptiva, lo que hará que sus músculos se cansen más rápido si tiene que hacer muchas cosas de manejo de la bicicleta durante la subida (por lo tanto, nuevamente está relacionado con la suavidad de la subida). Si tuviera el peso adicional en su mochila, tendría un efecto mucho menor.

Conclusión: solo desde el punto de vista de energía potencial adicional, puede que no haga mucha diferencia, pero si le preocupa el manejo de la bicicleta o la fatiga cerca de sus límites, tendrá un efecto mayor.