ต้องการพลังพิเศษเพื่อเพิ่มน้ำหนัก

น้ำหนักเท่าไหร่หมายถึงเมื่อขึ้นเขา?

สมมติว่าฉันกำลังขึ้นเขาที่มีความสูง 1,000 เมตรและค่อนข้างสูง: 10% สมมุติว่าฉันสามารถรักษา 250 วัตต์ได้ หากฉันเพิ่มน้ำหนัก 1 กิโลกรัมลงในจักรยานฉันสามารถระบุได้ว่าจะช้าลงเท่าไร (ตามเวลา) ฉันจะเสียเวลากี่วินาที

โปรดแสดงสูตรและการคำนวณให้ฉันดูและรู้สึกอิสระที่จะอธิบายรายละเอียดทั้งหมด

สมมติว่าคุณกำลังเริ่มยืนและมาหยุดที่ด้านบนของเนินเขา ความต้องการง่ายๆคือคุณต้องการพลังงานเพื่อย้ายคุณจากด้านล่างไปยังด้านบน พลังงานส่วนใหญ่ที่ต้องการคือการเพิ่มพลังงานที่มีศักยภาพของน้ำหนักบรรทุก (คุณและจักรยาน) โดยพื้นฐานแล้วคุณจะต้องสร้างพลังงานจลน์ (การปั่นจักรยาน) โดยการแปลงพลังงานเคมีในร่างกายของคุณ จะมีการสูญเสียเนื่องจากความร้อนแรงเสียดทานกับพื้นผิวถนนและความต้านทานต่ออากาศ

ไม่สนใจพวกเขาในขณะนี้ (พวกเขาไม่ได้เล็กน้อย แต่มีความซับซ้อนในการคำนวณ)

พลังงานศักย์ (PE) = m * g * h

ที่ไหน:

m = มวล

g = ความเร่งโน้มถ่วง

h = ความสูง

PE เป็นสัดส่วนกับ m ดังนั้นการเพิ่มขึ้น 10% ของมวลจะเพิ่ม PE ขึ้น 10% หมายความว่าคุณจะต้องใช้พลังงานจลน์มากขึ้น 10% เพื่อขึ้นไปบนยอดเขาเดียวกัน

พลังงานทำงานเสร็จแล้ว (พลังงาน) หารด้วยเวลา:

P = W / t

ที่ไหน:

P = กำลังไฟฟ้าเป็นวัตต์

W = งานที่ทำหรือพลังงานในจูล

t = เวลาทำงาน

หากพลังของคุณคงที่เราสามารถจัดสมการใหม่ให้ได้

P = (m * g * h) / t

กลายเป็น:

t = (m * g * h) / P

ดังนั้นด้วยพลังคงที่แรงโน้มถ่วงและความสูงของเขาเวลาของคุณจะเพิ่มสัดส่วนเพื่อเพิ่มมวลโดยสมการข้างต้น

หากไม่มีความต้านทานลมจะกลายเป็นความเกี่ยวข้องน้อยลงช้าลงคุณจะไป แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น ความชันของเนินเขานั้นไม่เกี่ยวข้องกับการคำนวณในทางทฤษฎี คุณได้รับพลังงานความโน้มถ่วงเท่ากันเมื่อคุณมีมวลเท่ากันจนถึงความสูงเดียวกัน ดังนั้นในทางทฤษฎีแล้วมันไม่ควรสำคัญว่าเขาจะยาว 10% หรือเพิ่มเป็นสองเท่าและ 5%

อย่างไรก็ตามในขณะที่คุณกำลังสร้างพลังงานคุณต้องสร้างจากพลังงานเคมีและมีเพียงคุณเท่านั้นที่สามารถสร้างได้ในครั้งเดียว กล้ามเนื้อของคุณจะไม่มีประสิทธิภาพดังนั้นบนเนินเขาสูงชันคุณอาจต้องการพลังงานมากกว่าที่ลาดชันน้อย ดังนั้นความต้านทานลมบนเนินเขาที่ลาดชันอาจมีความเกี่ยวข้องน้อยลง แต่พลังงาน (พลังงานเท่าไหร่ที่คุณสามารถทำได้เมื่อเวลาผ่านไป) อัตราส่วนของน้ำหนักจะกลายเป็นปัจจัยที่เกี่ยวข้องมากที่สุด

สิ่งที่ฉันพยายามจะชี้ให้เห็นในย่อหน้าสุดท้ายคือพลังงานที่คุณต้องการใส่เข้าไปในร่างกายของคุณและสำหรับร่างกายของคุณที่จะเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่ไปข้างหน้านั้นไม่เหมือนกับพลังงานจลน์แบบธรรมดาที่จะนำคุณขึ้นไปบนยอดเขา . อย่างไรก็ตามสิ่งต่าง ๆ ที่เท่าเทียมกันการเปลี่ยนแปลงของมวลจะมีผลเหมือนกันในเวลาที่ฉันกล่าวไว้ในสมการ

ถ้าฉันนั่งเพียงครั้งเดียวเพิ่มน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้กับจักรยานฉันจะต้องช้ากว่านี้สักเท่าไร?

สมมติว่าคุณและมวลจักรยานของคุณ 100kg (ในจำนวนรอบ), 1 กิโลกรัมพิเศษทำให้น้ำหนักเพิ่มขึ้น 1% นั่นคือการเพิ่มขึ้น 1% ของพลังงานที่มีศักยภาพที่เกี่ยวข้องกับการปีนเขา

หากกำลังขับของคุณคงที่นั่นหมายถึงเวลาเพิ่มขึ้น 1%

อย่างไรก็ตามกำลังงานบางส่วนของคุณกำลังเอาชนะลมและความต้านทานการหมุนไม่ใช่พลังงานที่อาจเกิดขึ้น ถ้าครึ่งหนึ่งของพลังงานของคุณไปสู่พลังงานศักย์ (ซึ่งขึ้นอยู่กับน้ำหนัก) และอีกครึ่งหนึ่งเป็นค่าคงที่ (ไม่ขึ้นอยู่กับน้ำหนัก) ฉันคิดว่านั่นจะหมายถึงการเพิ่มขึ้น 0.5% ในเวลา

นั่นทำให้รู้สึกฉันไม่คิดอย่างนั้นโดยไม่บอกจำนวนวัตต์ฉันเอาท์พุทให้บอกว่าฉันทำ 250W

สิ่งที่ฉันเขียนไว้ข้างต้นนั้นไม่ได้รับผลกระทบใด ๆ จากพลังทั้งหมดของคุณ การเปลี่ยนแปลงนั้นสัมพันธ์กันมากกว่าสัมบูรณ์: นั่นคือ 1% ไม่ว่าจะเป็น 1% ของอะไร

ส่วนหนึ่งของการโบกมือในคำสั่งของฉันคือ "หากกำลังขับของคุณคงที่": ซึ่งเป็นจริงถ้าคุณมีการควบคุมเกียร์ของคุณอย่างดี (เพื่อให้คุณรู้ว่าเกียร์ลดลง 1% เพื่อปรับ เพิ่มขึ้น 1% ในน้ำหนักและความพยายาม)

การเปลี่ยนแปลงไม่ได้เป็นเชิงเส้น: ตัวอย่างเช่นหากมีการเพิ่มน้ำหนัก 1000 กก. คือ 1,000% แทน 1% คุณต้องลดความเร็วจนถึงขั้นช้าจนไม่สามารถอยู่ได้ ตั้งขึ้นบนจักรยานสองล้อ สำหรับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นค่อนข้างเล็ก แต่ฉันคาดหวังความแตกต่างของความพยายาม (และด้วยการใช้มือโบกที่ระบุไว้ข้างต้นความแตกต่างในระยะเวลา) จะเป็นเส้นตรง

จูลคือนิวตันเมตรและก็เป็นวัตต์ที่สอง แรงโน้มถ่วงมีค่าประมาณ 9.81 นิวตัน / กิโลกรัม

การเพิ่ม 1 ปอนด์ 1,000 ฟุตจะเพิ่ม 0.4536 กิโลกรัม 304.8 เมตร นั่นก็คือ 9.81 * 0.4536 * 304.8 = 1356 Joules หรือ 1356 วัตต์ต่อวินาที

พลังงานที่ยั่งยืนสูงสุดของคุณน่าจะอยู่ในช่วง 300 วัตต์ (และ "การล่องเรือ" จะอยู่ที่ประมาณครึ่งหนึ่ง) ดังนั้นคุณต้องใช้พลังงานทั้งหมดของคุณประมาณ 4.5 วินาทีเพื่อเพิ่มหนึ่งปอนด์ 1,000 ฟุต (หรือในมุมมองประมาณ 19 นาทีเพื่อยก 250 ปอนด์จักรยาน + ผู้ขับขี่ 1,000 ฟุต)

สำหรับ 250 วัตต์ที่คุณคาดการณ์ไว้นี้จะเป็น 5.4 วินาทีต่อหนึ่งปอนด์หรือ 22.6 นาทีสำหรับ 250 ปอนด์ สิ่งนี้จะสร้างความเร็วบนระยะทาง 10,000 ฟุตประมาณ 5 ไมล์ต่อชั่วโมง (โปรดทราบว่าการลดลงต่ำกว่าประมาณ 200 วัตต์จะทำให้ความเร็วช้าเกินไปที่จะตั้งตัวตรงโดยเฉพาะเมื่อยิ่งคุณใช้พลังงานช้าลงคุณจะต้องพยายามพยายามตั้งตัวให้ตรง)

แน่นอนว่านี่คือการละเว้นลมและการสูญเสียความต้านทานการหมุนดังนั้นเวลาที่ต้องใช้ในการ "ครอบคลุมระยะทาง" บนพื้นราบ ความต้านทานการหมุนจะคล้ายกับบนพื้นราบ แต่ความต้านทานลมจะน้อยลงเนื่องจากคุณเคลื่อนที่ช้าลงและความต้านทานลมโดยทั่วไปจะใหญ่กว่าของทั้งสอง ดังนั้นคุณต้องเพิ่มเวลาข้างบนบางที 1/2 หรือ 2 / 3rds ของเวลามันจะพาคุณให้ครอบคลุมระยะทางเดียวกันบนพื้นราบ สำหรับเกรด 10% ที่จะถึงเวลาครอบคลุม 10,000 ฟุตหรือประมาณ 1.9 ไมล์ ที่ 15 ไมล์ต่อชั่วโมงซึ่งก็ประมาณ 7.5 นาทีดังนั้นอาจเพิ่มอีกครึ่งหนึ่ง

Rats - เพิ่งรู้ว่าคำถามนั้นมีหน่วยเป็นกิโลกรัมและเมตร ...

"ถ้าฉันขี่หนึ่งครั้ง (จาก 10,000 เมตรที่ 10%) เพิ่มน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้กับจักรยานฉันจะช้าลง (ในเวลา) เท่าไร (สมมติว่ากำลังขับ 250 วัตต์)":

นั่นจะเป็น 9.81 * 1 กิโลกรัม * 1,000 เมตร * = 9810 วัตต์ - วินาที ที่ 250 วัตต์นั่นคือเวลาเพิ่ม 38.84 วินาทีเนื่องจากการเพิ่ม 1 กิโลกรัม

และมันเกิดขึ้นกับฉัน ...คน ๆ นั้นสามารถใช้การคำนวณแบบเดียวกันย้อนหลังเพื่อคำนวณเอาท์พุทกำลังไฟโดยประมาณซึ่งให้น้ำหนักน้ำหนักความเร็วเฉลี่ยและความชันเฉลี่ย สิ่งนี้น่าจะมีความแม่นยำมากกว่าแผนการประมาณวัตต์อื่น ๆ อีกมากมาย

ตามที่ระบุไว้แล้วโดยคำตอบอื่น ๆ กิโลกรัมเพิ่มเติมค่อนข้างเล็กน้อยเมื่อเกี่ยวข้องกับพลังงานที่มีศักยภาพเพิ่มเติมที่คุณต้องการ แต่มีปัจจัยอื่น ๆ ที่อาจมีผลกระทบมากขึ้นหรือน้อยลง

ประการแรกร่างกายของคุณไม่จำเป็นต้องตอบสนองเชิงเส้นตรงกับภาระที่สูงขึ้น ตราบใดที่คุณอยู่ในภูมิภาคที่คุณสามารถขึ้นเนินได้โดยไม่ต้องเหนื่อยล้าคุณจะช้าลงเล็กน้อยเมื่อใช้กำลังไฟเท่าเดิม แต่ถ้าคนขึ้นเขาจะนำคุณมาถึงขีด จำกัด ของคุณแม้จะไม่มีน้ำหนักเพิ่มเติมทุก ๆ กรัมจะทำให้คุณถึงขีด จำกัด ก่อนหน้านี้เล็กน้อย

มวลก็มีบทบาทสำคัญทุกครั้งที่คุณต้องเร่งความเร็วด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง บางสิ่งที่ฉันคิดเกี่ยวกับคือ:

• ความลื่นไหลของเนินเขา:การประมาณค่าซึ่งเกี่ยวข้องกับพลังงานที่มีศักยภาพจะทำงานได้ดีขึ้นเท่านั้น หากคุณขึ้นไปบนทางลาดชันที่ลาดเอียงตลอดเวลาซึ่งคุณสามารถขี่ด้วยความเร็วเกือบคงที่คงไม่น่าจะมีความแตกต่างกันมากนัก อย่างไรก็ตามถ้าคุณปั่นจักรยานเสือภูเขาในแบบที่คุณมี "การกระทำ" บนจักรยาน (ปีนขึ้นบันไดพยายามลากบนพื้นหลวม ๆ สลับไปมาระหว่างส่วนที่ชันและราบ) มันอาจแตกต่างกัน

• "สถานที่" ของน้ำหนักเพิ่มเติม:มันสามารถสร้างความแตกต่างที่คุณเพิ่มน้ำหนัก ผลกระทบที่ใหญ่ที่สุดคือถ้าคุณมีน้ำหนักเพิ่มเติมเกี่ยวกับชิ้นส่วนที่หมุนได้ (ล้อรถไฟขับ) แต่จักรยานที่หนักกว่านั้นจะทำให้รู้สึกตอบสนองน้อยลงซึ่งจะทำให้กล้ามเนื้อของคุณเหนื่อยเร็วขึ้นถ้าคุณต้องขี่จักรยานจำนวนมากในระหว่างการขึ้นเขา (ดังนั้นจึงเกี่ยวข้องกับความเรียบของเนิน หากคุณมีน้ำหนักเพิ่มขึ้นในกระเป๋าเป้สะพายหลังของคุณแทนมันจะมีผลกระทบน้อยกว่ามาก

บทสรุป: เพียงแค่จากมุมมองของพลังงานที่เพิ่มขึ้นอาจไม่ได้สร้างความแตกต่างมากนัก แต่ถ้าคุณกังวลเกี่ยวกับการขับขี่จักรยานหรือความเหนื่อยล้าใกล้กับขีด จำกัด ของคุณมันจะมีผลกระทบที่ใหญ่กว่า