Для набору ваги потрібна додаткова сила

Скільки означає вага, коли ти піднімаєшся вгору?

Скажімо, я йду на гору з висотою 1000 м, і вона досить крута: 10%. Скажімо, я можу підтримувати 250 Вт. Якщо я додаю велосипед до ваги 1 кг, чи можу я визначити, наскільки повільним (з часом) я буду? Скільки секунд я втрачу?

Будь ласка, покажіть мені формулу та розрахунок цього і не соромтеся детальніше розробляти всю тему.

4 відповіді

Якщо припустити, що ви починаєте стоячи і досягаєте повної зупинки на вершині пагорба. Проста вимога полягає в тому, що вам потрібна енергія для руху знизу вгору. Більшість енергії, необхідної для того, щоб підняти потенційну енергію корисного навантаження (ви та велосипед). По суті, ви створите кінетичну енергію (рухаючи велосипед), перетворюючи хімічну енергію у своє тіло. Будуть втрати через тепло, тертя з дорожнім покриттям та опір повітря.

Наразі ми їх ігноруємо (вони не є незначними, але ускладнюють обчислення).

Потенційна енергія (PE) = m * g * h

g = гравітаційне прискорення

PE пропорційна m, тому збільшення маси на 10% збільшить PE на 10%. У тому сенсі, що вам знадобиться на 10% більше кінетичної енергії, щоб дістатися до вершини того самого пагорба.

Потужність (енергія) ділиться на час:

W = робота або енергія в Джоулі

t = час на виконання роботи.

Якщо ваша потужність постійна, ми можемо переставити рівняння

отже, при постійній потужності, гравітаційній висоті та висоті час буде збільшуватися пропорційно збільшенню маси, заданому наведеним вище рівнянням.

Якщо немає опору вітровому повітрю, він стане менш актуальним, чим повільніше ви будете. Тертя збільшаться через збільшення ваги. Крутизна пагорба теоретично не має значення в цьому розрахунку. Отримайте однакову кількість гравітаційної потенційної енергії, коли у вас однакова маса на одній висоті. Тож теоретично не повинно мати значення, якщо пагорб на 10% або вдвічі довший і 5%.

Однак, коли ви генеруєте енергію, яку вам потрібно створити з хімічної енергії, одночасно існує лише стільки речей, які ви можете генерувати. Ваші м’язи стануть неефективними, і тому на крутих пагорбах вам може знадобитися більше енергії, ніж на найкрутіших. Отже, на більш високій стійкості до вітру на пагорбі він може стати менш актуальним, але потужність (скільки енергії ви зможете витратити з часом) до співвідношення ваги стане найбільш важливим фактором.

В останньому параграфі я намагаюся наголосити на тому, що енергія, необхідна для того, щоб ввести вас у своє тіло і для того, щоб ваше тіло рухалося вперед, не є такою самою, як проста кінетична енергія, необхідна для досягнення вершини пагорба. Однак за всіх рівних умов зміна маси матиме однаковий вплив на час, який ми згадали у рівняннях.

Якби я додав кілограм ваги до велосипеда за одну поїздку, я був би таким же повільним (у часі)?

Якщо припустити, що ви і маса мотоцикла 100 кг (у круглих цифрах), зайвий кілограм спричиняє збільшення ваги на 1%, тобто збільшення потенційної енергії на 1%, пов’язане зі сходженням на пагорб.

Якщо ваша потужність постійна, це означає збільшення часу на 1%.

Однак частина вашої потужності перевищуватиме опір вітру та коченню, а не потенційну енергію. Якщо лише половина вашої сили йде на потенційну енергію (яка залежить від ваги), а половина є постійною (незалежно від ваги), я думаю, це означало б збільшення на 0,5% з часом.

Це має сенс, я не думаю, не кажучи, скільки ват я вийшов, сказати, що я роблю 250 Вт

На те, що я писав вище, ваша загальна сила не впливає; зміна відносна, а не абсолютна: тобто вона становить 1%, незалежно від того, що вона становить 1% від неї.

Частина, що рухає рукою в моєму висловлюванні, - "Якщо ваша сила незмінна": це вірно, якщо у вас є кращий контроль над вашими інструментами (так ви можете зменшити свій рівень на 1%, щоб пристосуватись до зростання на 1 % ваги і, отже, зусиль).

Зміна насправді не є лінійною: наприклад, якби набір ваги становив 1000 кг, тобто 1000% замість 1%, вам довелося б вишиковуватися на стільки, щоб ви йшли так повільно, що не змогли б залишається вертикально на двоколісному велосипеді. Однак для відносно невеликих надбавок у вазі, я очікую, що різниця в зусиллях (і, отже, через зазначену вище руку, різниця в тривалості) буде приблизно лінійною.

Джоуль - ньютонметр, а також ватта секунда. Гравітація становить близько 9,81 ньютонів/кілограм.

Збільшення на 1 кг на 1000 футів збільшиться на 0,4536 кг на 304,8 метра. Отже, це буде 9,81 * 0,4536 * 304,8 = 1356 джоулів або 1356 Вт-секунд.

Максимальна підтримана потужність потужності, ймовірно, знаходиться в загальному діапазоні 300 Вт (а "круїзи" становитимуть десь близько половини), тому вам доведеться використовувати всю свою енергію приблизно 4,5 секунди, щоб підняти цю половину. кілограм. (Або, якщо говорити перспективно, приблизно 19 хвилин, щоб підняти 250-кілограмовий велосипед + 1000-футового вершника).

Для ваших передбачуваних 250 Вт це буде 5,4 секунди за фунт або 22,6 хвилини за 250 фунтів. Це дало б швидкість 10 000 футів на відстані 10 000 футів. (Майте на увазі, що падіння значно нижче приблизно 200 Вт призведе до занадто повільної швидкості, щоб залишатися вертикально, особливо враховуючи, що чим повільніше ви їдете, тим більше енергії вам потрібно витратити, намагаючись залишатися вертикальне положення.)

Звичайно, це ігнорує втрату вітру та опір коченню і, отже, час, необхідний для "подолання відстані" на землі. Опір коченню буде таким самим, як і на землі, але опір вітру буде меншим, оскільки ви рухаєтеся повільніше, а опір вітру, як правило, вищий з них. Отже, вам потрібно додати до годин вище, можливо 1/2 або 2/3 третини часу, який знадобився б, щоб подолати однакову відстань на полі. Для 10% ступеня це був би час подолати 10000 футів або приблизно 1,9 милі. При швидкості 15 км/год це було б приблизно 7,5 хвилин, тож, можливо, додайте половину цього.

Щури -- Щойно зрозумів, питання було в кг та метрах.

"Якщо я додаю на своєму велосипеді 1 кг ваги за одну поїздку (10 000 метрів до 10%), наскільки повільним (з часом) я буду (припускаючи потужність 250 Вт)?"

Це буде 9,81 * 1 кг * 1000 метрів * = 9810 Вт-секунд. На 250 Вт, протягом 38,84 секунди, завдяки додаванню 1 кг.

І мені це спадає на думку. що можна використовувати ті самі розрахунки назад, щоб приблизно розрахувати потужність, враховуючи вагу, середню швидкість та середній нахил. Це, швидше за все, було б точнішим, ніж багато інших схем оцінки потужності.