Le rapport de vitesse affecte-t-il la puissance?

Permettez-moi de commencer en disant que ce n'est peut-être pas la bonne SE. J'ai envisagé de poser des questions sur la physique SE, mais j'ai pensé que je pourrais essayer ici en premier. Si c'est faux, je ne suis pas contre sa migration.

À partir des principes de base de la physique, la puissance est calculée comme travail / temps. Considérez donc un système de cycliste et de cycliste escaladant une colline. Le travail effectué est la différence de potentiel de bas en haut, et évidemment le temps sera le temps de montée.

Maintenant, ma question est:

Étant donné le même pilote, le même poids de vélo et le même temps de montée, votre équipement affecte-t-il la puissance? Supposons également que la montée est efficace, pas de pneus qui glissent, pédalage normal, etc.

D'un point de vue physique, je m'attends à ce que la réponse soit non. Même différence de potentiel, même temps, même puissance. Cependant, du point de vue du cycliste, je sais qu'il semble que beaucoup plus de puissance soit utilisée pour grimper avec un rapport plus difficile.

Je pense que la réponse est que la disparité vient de l'idéalisation du système. Si nous considérons le vélo comme un système fermé, nous nous attendons à ce que toute l'énergie mise dans le vélo le porte vers le haut de la colline, mais ce n'est pas le cas. De plus, je pense que l'inefficacité du corps humain sera pertinente. Cependant, je ne peux toujours pas résoudre la question.

Je suppose que vous parlez d'efficacité plutôt que de puissance.

À mon avis, le principal compromis est entre l'augmentation des pertes biomécaniques à un régime plus élevé (essentiellement la friction musculaire) et une diminution du flux sanguin avec des forces plus élevées à un régime inférieur. L'équilibre dépend à la fois du coureur et de la durée.

Dans le IHPVA Journal of Human Power, le numéro 45 (pdf, index ici ) est un article intitulé Maximum Human Power où ils parlent de Tyler Hamilton remportant l'ascension du Mt Washinton en 51 minutes:

"il a fait une bonne partie de la montée, cependant, dans le rouage à 23 dents, et a fait plusieurs sauts dans le 21." S'il avait des roues de 700 mm, comme cela semble probable, sa cadence moyenne aurait été de 63 tr / min.

L'article dans son ensemble mérite d'être lu, et il pourrait être utile de parcourir l'index pour des articles similaires.

Le revers de la médaille est que les meilleurs sprinters dépassent souvent les 150 tr / min lors du sprint final. À ce stade, ils échangent l'efficacité biomécanique contre une puissance de pointe. J'avais l'habitude de culminer à plus de 900 W pendant 10 secondes (> 8 W / kg) à environ 130 tr / min, mais mes performances horaires d'environ 350 W utilisaient une cadence d'environ 80 à 90 tr / min.

La vraie réponse vous est spécifique. Cela dépendra de la forme de votre corps, de votre type de muscle, de votre forme physique et de facteurs plus transitoires. C'est aussi une question qui répond le mieux à l'expérience, et devrait faire partie de votre calendrier de formation si vous êtes en compétition. Sinon, je vous suggère de trouver une montée que vous montez régulièrement et de tenir un journal d'entraînement .

Il y a également eu beaucoup de discussions sur l'hydratation pour les longues ascensions. Est-il préférable de s'hydrater et de commencer plus lourd, ou de courir légèrement déshydraté pour peser moins? L'IIRC a conclu que l'hydratation était meilleure, mais je ne trouve pas la référence.

Étant donné le même pilote, le même poids de vélo et le même temps de montée, votre équipement affecte-t-il la puissance? Supposons également que la montée est efficace, pas de pneus qui glissent, pédalage normal, etc.

Eh bien, cela dépend de la "puissance" que vous mesurez :-).

De toute évidence, la puissance exercée par le vélo dans son ensemble est la même - s'il se déplace à la même vitesse, c'est la même puissance.

Cependant, le pouvoir qu'exerce votre corps peut très bien être différent, pour diverses raisons:

• Les muscles ont probablement une vitesse et un niveau de force là où ils sont les plus efficaces, donc l'énergie / puissance chimique que votre corps doit exercer pour produire des mouvements musculaires sera différente.
• Les différents processus de perte d'énergie dus à la flexion, au frottement, etc. seront probablement différents selon l'engrenage. Par exemple, dans les engrenages inférieurs, il y aura un mouvement de chaîne plus rapide (donc plus de friction), d'autre part la tension de la chaîne sera plus faible, ce qui réduit probablement le frottement. De plus, dans les engrenages inférieurs, la flexion du cadre en réponse aux forces de la chaîne sera probablement plus faible.

Mon impression est (même si je n'ai pas de sources pour me soutenir) que généralement le système humain est le plus économe en énergie (c'est-à-dire la meilleure ration de la puissance de la pédale à l'effort) à des cadences autour de 90-100 tr / min, c'est donc ce qu'un cycliste devrait lutter pour.

Fait intéressant, la meilleure cadence pour une puissance maximale est apparemment beaucoup plus faible, c'est pourquoi les cyclistes professionnels utiliseront des vitesses élevées et des cadences faibles pour les sprints - mais cela est beaucoup plus fatigant que les cadences plus élevées, donc inefficace sur de longues distances.

C'est peut-être la différence entre, comment appelez-vous cela, le travail «isotonique» et le travail « isométrique »?

Ce que je veux dire, c'est que, par exemple, il faut beaucoup d'efforts à un humain (force, puissance ou travail) pour essayer de déplacer un objet inamovible: pour pousser contre un mur ou quelque chose.

Dans un rapport trop élevé, vous poussez et poussez et n'allez nulle part (beaucoup de puissance pour aller nulle part => 0% d'efficacité).

Dans un rapport trop bas, c'est trop facile: vous tournez contre aucune résistance; votre vitesse d'essorage est limitée à environ 120 tr / min, c'est-à-dire qu'elle ne peut pas augmenter indéfiniment; par conséquent (faible force et régime limité), vous êtes limité dans la quantité de puissance que vous mettez (c'est moins que votre puissance maximale théorique).

Il y a peut-être une `` cadence ' ' efficace (peut-être 90 tr / min) que vous voudrez peut-être utiliser sur tous les terrains (haut, bas, niveau), et la bonne chose (la bonne façon d'utiliser vos engrenages) est d'ajuster continuellement l'engrenage pour le terrain afin de: a) maintenir une cadence constante et efficace (par exemple 90 tr / min); b) maintenir une force / puissance suffisamment élevée à cette cadence (par exemple, si cela semble trop facile, passez à une vitesse supérieure, ou si c'est trop difficile, passez à une vitesse inférieure, pour maintenir la cadence).

Bien sûr, le rapport de vitesse affecte la puissance "potentielle" que vous pouvez produire. Considérez un effort musculaire maximum pour monter une colline escarpée. En négligeant le frottement de la chaîne et d'autres effets secondaires, vous gravirez la colline le plus rapidement à la puissance la plus élevée que vos muscles peuvent produire. Notez que la puissance = kx couple x cadence (où k est juste une constante qui détermine les unités de puissance (watts, chevaux, etc.). Supposons que vous roulez avec un rapport trop élevé pour ne pas pouvoir avancer sur la (votre cadence est de 0). À 0 cadence, votre couple est au maximum qu'il peut être et votre puissance est de 0. Lorsque vous augmentez votre cadence (en abaissant votre rapport de vitesse), votre couple diminue. Cependant, le produit du couple et la cadence (qui est proportionnelle à la puissance) augmente. Alors que vous continuez à augmenter votre cadence en abaissant votre rapport de vitesse, vous finirez par atteindre la cadence énergétiquement optimale (EOC). Au COU, la puissance que vos muscles peuvent produire est au maximum. L'augmentation de la cadence au-dessus de l'EOC réduit votre puissance potentielle maximale.

Bottom Line: Choisissez ce rapport de vitesse qui vous permet de tourner aussi près que possible de l'EOC. Vous gravirez la colline la plus rapide à cette cadence.

Remarque: La courbe puissance / cadence ressemble à une parabole à l'envers. C'est le résultat direct du travail effectué par Archibald Vivian Hill, qui a remporté un prix Nobel pour son travail sur ce sujet et sur de nombreux autres sujets en biophysique. Notez également que l'endurance maximale se produit probablement à une cadence inférieure à l'EOC.

Il y a plusieurs facteurs impliqués ici, donc toute réponse n'est pas simple. Tout d'abord, comme l'a noté Leon, vous n'obtenez aucune puissance aux roues lorsque le rapport est si dur que vous ne pouvez pas bouger. Et vous obtenez une puissance incroyablement faible pour les roues lorsque le rapport de vitesse est si facile que vous tournez à 200 tr / min.

Mais plus important encore, la puissance MOYENNE sur une période de temps dépend fortement des détails du fonctionnement des muscles. Il y a principalement un exercice AEROBIC vs ANAEROBIC. Avec le cycliste moyen, avec une glycémie normale, toute conduite au-dessus d'environ 80 tr / min sera largement aérobie, et toute conduite (à mi-parcours) en dessous d'environ 60 tr / min aura un gros morceau anaérobie. L'exercice aérobie brûle la glycémie, mais l'exercice anaérobie brûle le glycogène stocké dans les muscles.

Pendant de courtes périodes (combien de temps dépend de l'intensité de l'exercice et de la circulation sanguine), les muscles en bonne santé peuvent brûler le glycogène à peu près aussi efficacement que la glycémie, mais la quantité de glycogène stockée dans les muscles n'est suffisante que pour peut-être 15-30 minutes d'exercice de haute intensité (bien qu'avec une formation spécifiquement ciblée pour augmenter les réserves de glycogène du corps, cela peut être porté à plusieurs heures).

Ainsi, rouler dans un engrenage "difficile" qui produit un bas régime accélère plus rapidement l'épuisement du glycogène musculaire et conduit à une fatigue plus rapide. Et évidemment, à mesure que vous fatiguez, votre puissance diminue. (Et bien sûr, rouler avec un équipement trop "facile" donne des RPM excessivement élevés, et le RPM "optimal" du cycliste moyen est généralement inférieur à 100.) Entre les deux, vous échangez une consommation de glycogène modeste contre une puissance musculaire quelque peu accrue. peut obtenir en engageant les muscles "à contraction lente" et certains autres facteurs. (Gardez à l'esprit que vous avez besoin de glycogène pour des situations courtes et très sollicitées, telles que monter une colline courte et escarpée sans rétrograder. Vous pouvez réellement vous blesser les muscles dans certaines circonstances si le glycogène est totalement épuisé.)

(Et il y a aussi le point à considérer que chez les personnes sensibles, on peut causer des blessures au genou en utilisant systématiquement un équipement trop difficile.)

À ma connaissance, cela ne devrait pas. L'explication la plus simple est que la puissance de sortie est égale à la puissance multipliée par l'efficacité (l'efficacité étant la perte d'énergie due au frottement, à la résistance à l'air, à la résistance au roulement, à la chaleur, etc.). Le changement de vitesse ne modifie pas la puissance (cette partie est entièrement sur vous), ni ne modifie l'efficacité mécanique. Par conséquent, la puissance de sortie ne change pas.

Pour un peu plus profond, la puissance est le travail total effectué sur le temps total ( P_avg = ΔW/Δt). Dans ce cas, nous l'envisageons sur des durées identiques, Δtest donc constant. Dans un contexte de rotation, West le couple (force de rotation) exercé fois la vitesse angulaire (vitesse de rotation), ou W = τθ. Un engrenage ne changera que le rapport entre le couple et la vitesse angulaire tout en maintenant une sortie de travail constante. En d'autres termes, passer à un rapport supérieur pourrait nécessiter deux fois plus de couple, mais les pédales tourneront moitié moins vite. Un rapport inférieur pourrait vous permettre de tourner deux fois plus vite, mais vous utiliserez la moitié du couple. Étant donné que la sortie de travail est la même, la puissance de sortie est la même.

Comment cela affecte-t-il la vitesse des roues? Eh bien, la même chose W = τθaffecte vos roues aussi, mais en sens inverse (vos roues le voient en arrière: imaginez si vous pédaliez sur votre pignon et que les roues étaient attachées au boîtier de pédalier). Un rapport inférieur mettra plus de couple sur les roues (permettant une accélération élevée), mais aura une vitesse angulaire (vitesse de rotation) correspondante faible. Un rapport plus élevé ne mettra pas beaucoup de couple sur les roues (c'est pourquoi il est si difficile d'accélérer), mais les fera tourner comme des fous. Donc, idéalement, être à la vitesse la plus élevée possible vous donnerait la meilleure vitesse.

Cependant, c'est là que le corps humain entre en jeu. Nous avons deux systèmes complémentaires pour générer de l'énergie: le système cardiovasculaire, qui produit moins d'énergie mais pour de très longues durées, et le système musculaire, qui excelle à produire une puissance élevée, mais seulement pour une courte période de temps. Idéalement, lorsque vous ne sprintez pas, vous voulez que les deux systèmes produisent autant d'énergie qu'ils peuvent en supporter. La somme de cette puissance (moins les pertes d'efficacité) sera votre puissance totale, et le changement d'altitude, la résistance au roulement et votre aérodynamique détermineront quelle proportion de cette puissance sera finalement utilisée pour le couple par rapport à la distance (et donc votre rapport de vitesse) .

J'espère que cela pourra aider.

Non, les rapports de vitesse et de gain n'affectent pas la puissance. Bien que vous ayez raison de supposer que cela semblerait différent du cycliste, si les trois autres variables sont égales, le taux de puissance sera le même. Dans ce cas, dans un rapport de vitesse "plus facile", la cadence nécessiterait une augmentation significative pour maintenir le même temps de montée (vitesse) et si le pilote est identique, alors le taux de travail est identique. L'augmentation de la vitesse de pédalage compense la différence de puissance en watts par rapport à la vitesse "plus dure" à une cadence plus faible.