Факторы, влияющие на плотность воздуха: высота над уровнем моря, температура воздуха, влажность воздуха и атмосферное давление. Калькулятор: http://barani.biz/apps/air-density/
Как езда с разной плотностью воздуха влияет на выходную мощность и скорость?
Ответы:
Просто возвращаюсь к этому вопросу, так как есть несколько соображений.
В ОП указывается только (барометрическое) давление воздуха и не обязательно высота над уровнем моря. Я начну только с барометрического давления и вернусь к влиянию высоты.
Типичные колебания барометрического давления на одной и той же высоте и, следовательно, влияние на парциальное давление кислорода (O2) не настолько велики, чтобы быть заметными для способности генерировать энергию, однако они достаточны для воздействия на скорость, которую можно достичь за заданная выходная мощность. Это может быть не так заметно, как обычно при поездке по городу, но гонщики на время смогут добиться более быстрого или более медленного времени в зависимости от атмосферного давления.
Изменение давления воздуха на 10% на той же высоте не произойдет. например, разница между днем очень низкого давления (например, циклон категории 2-3 с центральной зоной низкого давления при 970 гПа) и очень высоким давлением (например, прекрасный день при 1030 гПа) составляет всего 6%.
Поскольку вы вряд ли будете ездить в урагане или циклоне, колебания атмосферного давления для условий, в которых вы действительно будете ездить, обычно составляют всего пару процентов. Тем не менее, для гонщика с пробным временем на протяжении 40 км разница в плотности воздуха между днями низкого и высокого давления может привести к 30-секундной разнице во времени при прочих равных условиях.
Плотность воздуха может варьироваться более чем из-за изменений только атмосферного давления. Плотность воздуха в основном зависит от атмосферного давления, температуры и высоты воздуха.
Плотность воздуха увеличивается с увеличением барометрического давления и уменьшается с увеличением температуры и высоты. Влажность оказывает очень небольшое (незначительное) влияние на плотность воздуха, но для полноты картины повышение влажности несколько снижает плотность воздуха.
Влияние высоты на производительность
Если мы рассмотрим влияние высоты на производительность езды на велосипеде, как уже говорили, есть два основных фактора:
я. физиологическое воздействие на вашу способность генерировать устойчивую энергию, так как парциальное давление O2 уменьшается с увеличением высоты, и
II. физическое воздействие при уменьшении плотности воздуха означает, что можно достичь более высокой скорости при той же выходной мощности (при прочих равных условиях).
Физиологическое воздействие
По мере того, как мы поднимаемся на более высокие высоты и падаем плотность воздуха, «более тонкий» воздух означает снижение парциального давления кислорода, что отрицательно влияет на выходную мощность, которую мы можем поддерживать посредством аэробного метаболизма. Эта потеря мощности может достигать 20% и более в зависимости от того, как высоко мы поднимаемся, и от нашей индивидуальной реакции на высоту.
Было опубликовано несколько работ, посвященных изучению влияния высоты на аэробные спортивные результаты, и на основе этих формул были разработаны потери мощности в зависимости от высоты. Это был один документ из газеты Peronnet et al. 1989 г., два из документа Bassett et al. 1999 г., по одному для акклиматизированных и неакклиматизированных спортсменов. В дополнение к этому я создал четвертую формулу, основанную на исследовании, проведенном в 2007 году Clark et al. Соответствующие документы:
Пероннет и др. Использовали эмпирические данные из реальных мировых часовых циклов, чтобы оценить влияние высоты на выходную мощность элитного велосипедиста. Предположения, используемые при оценке потери мощности, вызванной высотой, могут иметь некоторую ошибку; в частности, из-за методов, используемых для оценки мощности для каждого гонщика, поскольку мощность и коэффициент аэродинамического сопротивления фактически не измерялись.
Согласно старому пункту FAQ по форуму Wattage, написанному доктором Дэвидом Бассеттом-младшим, две формулы Бассетта и др. Были получены из более ранних работ, посвященных влиянию высоты над уровнем моря на аэробные характеристики четырех групп высококвалифицированных или элитных бегунов. Таким образом, хотя эти формулы не были получены от велосипедистов, мы все же можем обобщить их для потери аэробной способности у велосипедистов.
Наконец, в исследовании, проведенном Clark и соавторами, было измерено влияние на пиковое использование кислорода (VO2), валовую эффективность и выходную циклическую мощность на десяти хорошо обученных, но не акклиматизированных на высоте велосипедистов и триатлонистов, путем тестирования гонщиков на моделируемых высотах 200, 1200, 2200 и 3200 метров. Они рассмотрели ряд факторов, включая максимальную 5-минутную выходную мощность, VO2 и валовую эффективность относительно производительности на 200 м, а также субмаксимальную VO2 и валовую эффективность.
Я использовал эти данные, чтобы сгенерировать формулу, аналогичную формуле Перонне и др. И Бассетта и др. (Которые составляют числа в таблице, приведенной в одном из других ответов). Конечно, есть предположение об эквивалентном снижении мощности за 1 час и мощности за 5 минут. Кларк и соавторы отметили несколько большее снижение пика VO2, чем для максимальной мощности за 5 минут, и без изменения общей эффективности при максимальной мощности за 5 минут с высотой. Таким образом, есть некоторый анаэробный метаболический вклад, предположительно составляющий разницу. Произошла некоторая потеря субмаксимальной эффективности, отмеченной на моделируемых 3200 метрах.
В этом случае я решил использовать уменьшение 5-минутной мощности, а не падение пика VO2 в качестве базовых данных для формулы, и применил настройку, чтобы сместить формулу для эквивалентности уровня моря, чтобы привести ее в соответствие с формулой Peronnet et al. И Bassett et al. Конечно, когда вы смотрите на представленные данные, в пределах тестовой группы на каждой моделируемой высоте, конечно, имеются значительные различия, поэтому формула основана на средних значениях группы для каждой моделируемой высоты.
Вот формулы:
х = километры над уровнем моря:
Peronnet et al.
Доля мощности уровня моря = -0,003x ^ 3 + 0,0081x ^ 2 - 0,0381x + 1
Бассетт и др. Акклиматизированные по высоте спортсмены (несколько недель на высоте): доля мощности на уровне моря = -0,0112 x ^ 2 - 0,0190x + 1 R ^ 2 = 0,973
Бассетт и др. Спортсмены, не акклиматизированные на высоте (1-7 дней на высоте): доля мощности на уровне моря = 0,00178x ^ 3 - 0,0143x ^ 2 - 0,0407x + 1 R ^ 2 = 0,974
Формула Симмонса, основанная на Кларке и др.: Доля мощности на уровне моря = -0,0092x ^ 2 - 0,0323x + 1 R ^ 2 = 0,993
и в виде диаграммы они выглядят следующим образом:
Теперь имейте в виду, что это средние значения для выборок, использованных в каждом исследовании, и существует индивидуальное отклонение, поэтому влияние на каждого человека будет в этом диапазоне, но может быть больше или меньше.
Физика воздействия
Конечно, с точки зрения производительности вы теряете выходную мощность при увеличении высоты, однако прирост производительности возрастает, поскольку более низкая плотность воздуха означает, что вы можете путешествовать с более высокой скоростью при той же выходной мощности (и аэродинамике).
Физика довольно проста и, в отличие от физиологического воздействия, одинаково применима ко всем. В качестве примера я рассмотрел влияние высоты на физику рекорда мирового времени езды на велосипеде и показал, как уменьшение плотности воздуха при увеличении высоты означает, что можно путешествовать быстрее при той же выходной мощности или, другими словами, потребность в мощности снижается при любая заданная скорость при увеличении высоты.
Это привело к этой диаграмме, которая показывает соотношение мощности и коэффициента аэродинамического сопротивления (Вт / м ^ 2) и высоты для скоростей в диапазоне от 47 км / ч до рекорда Криса Бордмана в 56,375 км / ч.
По сути, с увеличением высоты отношение мощности к аэродинамическому сопротивлению уменьшается при той же скорости.
Чистое воздействие как физиологических, так и физических воздействий
Хорошо, когда мы объединяем два, это результат:
Это должно быть достаточно просто для интерпретации, но даже в этом случае я приведу некоторые объяснения.
Горизонтальная ось представляет собой высоту, а темные вертикальные линии представляют высоту различных треков по всему миру.
Вертикальная ось - это доля достижимой скорости уровня моря.
Изогнутые цветные линии представляют собой совокупное влияние уменьшения мощности с использованием каждой из формул, выделенных выше, в сочетании с уменьшением плотности воздуха, обеспечивающим более высокие скорости при той же мощности.
Так, например, если мы посмотрим на зеленую линию (Бассет и др. Акклиматизированы), это показывает, что, когда велосипедист увеличивает высоту, он способен выдерживать более высокую скорость до примерно 2900 метров, а любое дальнейшее увеличение высоты показывает снижение в достижимой скорости, поскольку потери мощности начинают перевешивать снижение плотности воздуха.
Трасса в Aigle Switerland представляет увеличение скорости на 1% по сравнению с Лондоном, в то время как поездка на Агуаскальентес обеспечит увеличение скорости на 2,5-4%. Отправляйтесь в Мехико, и вы можете получить немного больше, но, как показано на графике, кривые начинают сглаживаться, и поэтому баланс риск-награда больше наклоняется к более рискованному концу спектра.
Таким образом, высота представляет собой хороший прирост, но уменьшает отдачу, когда воздух становится все реже. Как только вы поднимаетесь выше 2000 метров, прирост скорости начинает снижаться, и в конечном итоге он начинает уменьшаться, что означает высоту «сладкого пятна».
Предостережения, и есть несколько, но наиболее важными являются:
высота точки наблюдения каждого человека будет зависеть от его индивидуальной реакции на высоту
нанесенные линии представляют средние значения для изученных спортивных групп;
используемая формула имеет ограниченную область действия, в то время как построенные линии выходят за ее пределы;
это не единственные факторы производительности, которые следует учитывать, но они являются двумя наиболее важными.
Я подозреваю, что падение производительности с высотой может произойти немного более резко для многих, чем предлагается здесь. Тем не менее, те же принципы применимы, даже если ваш личный отклик на высоту находится в нижней части диапазона, и трудно представить, почему кто-то может предположить, что переход на трассу как минимум на среднюю высоту является плохой идеей с точки зрения производительности.
Если вы хотите прочитать больше, я расскажу об этих проблемах в трех блогах:
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
Следующий график можно найти в интересной статье в блоге Training Peaks . Исходя из этого, вы сможете регулировать уровень мощности в зависимости от обстоятельств.
Мощность снижается с увеличением высоты. Но смещение плотности воздуха параллельно уменьшается (до точки). И это причина, по которой многие часовые записи были предприняты на высоте. Оптимальный видимо 3500м. При этом увеличение скорости перевешивает потерю мощности. Отсюда популярность велодромов в Ла-Пасе (Боливия) на 3400 м и в Мехико-велодроме на 2230 м.
Что касается понятия давления в шинах и сопротивления качению - недавно была опубликована статья, в которой развенчан миф о высоких давлениях в шинах, в котором говорится, что потеря энергии, вызванная вибрациями высокого давления в шинах, означает, что более низкое давление в шинах на самом деле быстрее, чем «нормальное». «дорожные покрытия.