กำลังไฟฟ้าที่ความหนาแน่นของอากาศต่างกัน

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความหนาแน่นของอากาศคือ: ระดับความสูงอุณหภูมิอากาศความชื้นในอากาศและความดันบรรยากาศ เครื่องคิดเลข: http://barani.biz/apps/air-density/

การขับขี่ที่ความหนาแน่นของอากาศต่างกันมีผลต่อกำลังขับและความเร็วอย่างไร

เพิ่งกลับมาที่คำถามนี้เนื่องจากมีข้อควรพิจารณาบางประการ

ความกดอากาศที่ระบุไว้เท่านั้น (ความกดอากาศ) ของ OP เท่านั้นและไม่จำเป็นต้องสูง ฉันจะเริ่มต้นด้วยความกดดันของบรรยากาศเท่านั้นและกลับมาที่ระดับความสูง

การเปลี่ยนแปลงของแรงดันความกดอากาศโดยทั่วไปที่ระดับความสูงเดียวกันและด้วยเหตุนี้ผลกระทบต่อความดันบางส่วนของออกซิเจน (O2) จึงไม่ใหญ่มากจนสังเกตได้ว่าความสามารถในการสร้างพลังงานของพวกเขานั้นเพียงพออย่างไรก็ตาม กำลังไฟฟ้าที่ได้รับ มันอาจไม่ใช่สิ่งที่เห็นได้ชัดในการขี่ทั่วไปเกี่ยวกับเมือง แต่นักปั่นที่ใช้เวลาทดลองจะสามารถบรรลุเวลาที่เร็วขึ้นหรือช้าลงขึ้นอยู่กับความกดดันของบรรยากาศ

รูปแบบ 10% ความดันอากาศที่ระดับความสูงเดียวกันจะไม่เกิดขึ้น เช่นความแตกต่างระหว่างวันความดันต่ำมาก (เช่นหมวดหมู่ 2-3 พายุไซโคลนที่มีความดันต่ำโซนกลาง @ 970 hPa) และความดันสูงมาก (เช่นปรับวัน @ 1030 hPa) เป็นเพียง 6%

เนื่องจากคุณไม่น่าจะนั่งอยู่ในพายุเฮอริเคนหรือพายุไซโคลนความผันผวนของความกดดันของบรรยากาศสำหรับเงื่อนไขที่คุณจริงจะนั่งในโดยทั่วไปจะมีเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นแม้สำหรับแข่งเวลาทดลองกว่า 40km แน่นอนความแตกต่างในความหนาแน่นของอากาศระหว่างวันที่ความดันต่ำและสูงสามารถทำให้เกิดความแตกต่างใน 30 วินาทีเวลาในการเรียนการสอนทุกสิ่งอื่น ๆ เหมือนกัน

ความหนาแน่นของอากาศสามารถเปลี่ยนแปลงได้มากกว่านั้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความกดอากาศเพียงอย่างเดียว ความหนาแน่นของอากาศส่วนใหญ่เป็นหน้าที่ของความกดอากาศอุณหภูมิและความสูง

ความหนาแน่นของอากาศจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของความกดอากาศและจะลดลงเมื่ออุณหภูมิและความสูงเพิ่มขึ้น ความชื้นมีผลกระทบน้อยมาก (เล็กน้อย) ต่อความหนาแน่นของอากาศ แต่เพื่อความสมบูรณ์การเพิ่มความชื้นจะลดความหนาแน่นของอากาศเพียงเล็กน้อย

ผลกระทบของระดับความสูงต่อประสิทธิภาพ

หากเราพิจารณาถึงผลกระทบของระดับความสูงต่อประสิทธิภาพการปั่นจักรยานอย่างที่คนอื่นพูดว่ามีปัจจัยหลักสองประการ:

ผม. ผลกระทบทางสรีรวิทยาต่อความสามารถของคุณในการสร้างพลังงานที่ยั่งยืนเนื่องจากแรงกดดันบางส่วนของ O2 จะลดลงเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นและ

ii ผลกระทบทางฟิสิกส์เมื่อความหนาแน่นของอากาศลดลงซึ่งหมายความว่าเราสามารถบรรลุความเร็วที่สูงขึ้นสำหรับการส่งออกพลังงานเดียวกัน (ceteris paribus)

ผลกระทบทางสรีรวิทยา

ในขณะที่เราปีนขึ้นไปสู่ระดับที่สูงขึ้นและความหนาแน่นของอากาศลดลงอากาศ "ทินเนอร์" หมายถึงการลดความดันของออกซิเจนบางส่วนซึ่งส่งผลกระทบในทางลบต่อกำลังไฟฟ้าที่เราสามารถรักษาได้ผ่านทางเมแทบอลิซึม การสูญเสียพลังงานนั้นอาจมากถึง 20% หรือมากกว่านั้นขึ้นอยู่กับว่าเราไปสูงแค่ไหนและแต่ละคนก็ตอบสนองต่อความสูง

มีบทความที่ตีพิมพ์ไม่กี่ฉบับที่ตรวจสอบผลกระทบของระดับความสูงที่มีต่อประสิทธิภาพการกีฬาแอโรบิกและจากสูตรเหล่านี้เพื่อประเมินการสูญเสียพลังงานเมื่อฟังก์ชันของระดับความสูงได้รับการพัฒนาขึ้น มีหนึ่งในกระดาษ 1989 โดย Peronnet และคณะสองจาก 1999 กระดาษโดย Bassett et al หนึ่งแต่ละสำหรับนักกีฬา acclimated และไม่ปรับตัว นอกจากนั้นฉันได้สร้างสูตรที่สี่ขึ้นอยู่กับการศึกษา 2007 โดย Clark และคณะ เอกสารที่เกี่ยวข้องคือ:

Péronnet F, Bouissou P, Perrault H, Ricci J .: การเปรียบเทียบบันทึกเวลาของนักปั่นจักรยานตามความสูงและวัสดุที่ใช้

Bassett DR Jr, Kyle CR, Passfield L, Broker JP, Burke ER: การ เปรียบเทียบสถิติโลกรอบการปั่นจักรยานในปี 1967-1996: การสร้างแบบจำลองกับข้อมูลเชิงประจักษ์

Clark SA, Bourdon PC, Schmidt W, Singh B, เคเบิล G, Onus KJ, Woolford SM, Stanef T, Gore CJ, Aughey RJ: ผลของการจำลองความสูงระดับปานกลางแบบเฉียบพลันต่อพลังประสิทธิภาพและกลยุทธ์การเว้นจังหวะในนักปั่นจักรยานที่ผ่านการฝึกอบรมมาเป็นอย่างดี .

Peronnet และคณะใช้ข้อมูลเชิงประจักษ์จากบันทึกการปั่นจักรยานรอบโลกจริงเพื่อประเมินผลกระทบของระดับความสูงต่อกำลังขับของนักปั่นจักรยานชั้นนำ สมมติฐานที่ใช้ในการประเมินระดับความสูงที่เกิดจากการสูญเสียพลังงานอาจมีข้อผิดพลาด; โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากวิธีการที่ใช้ในการประเมินพลังงานสำหรับผู้ขับขี่แต่ละคนไม่ว่าจะเป็นการวัดกำลังและสัมประสิทธิ์การลากตามหลักอากาศพลศาสตร์

อ้างอิงจากรายการคำถามที่พบบ่อยฟอรัมวัตต์โดยดร. เดวิดบาสเซ็ตต์จูเนียร์สูตรบาสเซ็ตต์และอัลทั้งสองได้มาจากเอกสารก่อนหน้านี้ที่ตรวจสอบผลกระทบระดับความสูงต่อประสิทธิภาพแอโรบิกของนักวิ่ง ดังนั้นในขณะที่สูตรเหล่านี้ไม่ได้มาจากนักปั่นจักรยานเรายังสามารถสรุปจากสูตรเหล่านี้ไปสู่การสูญเสียสมรรถภาพของแอโรบิกสำหรับนักปั่น

ในที่สุดการศึกษาโดย Clark et al ได้วัดผลกระทบของการใช้ออกซิเจนสูงสุด (VO2) ประสิทธิภาพขั้นต้นและกำลังการปั่นจักรยานในสิบนักปั่นที่ได้รับการฝึกฝนมาเป็นอย่างดี 3,400 เมตร พวกเขาตรวจสอบปัจจัยหลายประการรวมถึงการส่งออกพลังงานสูงสุด 5 นาที VO2 และประสิทธิภาพขั้นต้นเทียบกับประสิทธิภาพที่ 200 เมตรเช่นเดียวกับ VO2 สูงสุดและประสิทธิภาพขั้นต้น

ฉันใช้ข้อมูลเหล่านี้เพื่อสร้างสูตรที่คล้ายกับจาก Peronnet et al และ Bassett et al (ซึ่งประกอบไปด้วยตัวเลขในตารางที่แสดงรายการในคำตอบข้ออื่น) แน่นอนว่ามีการสันนิษฐานว่าการลดลงของพลังงาน 1 ชั่วโมงเท่ากับ 5 นาที Clark et al กล่าวว่าการลดลงของ VO2 Peak สูงกว่าพลังงานสูงสุด 5 นาทีเล็กน้อยและไม่มีการเปลี่ยนแปลงในประสิทธิภาพขั้นต้นที่พลังงานสูงสุด 5 นาทีพร้อมความสูง ดังนั้นจึงมีบางส่วนที่เกี่ยวกับการเผาผลาญอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจนอาจสร้างความแตกต่างได้ มีการสูญเสียประสิทธิภาพย่อยสูงสุดที่บันทึกไว้ที่จำลอง 3200 เมตร

ฉันเลือกในตัวอย่างนี้เพื่อใช้การลดลงของพลังงาน 5 นาทีแทนที่จะตกใน VO2 peak เป็นข้อมูลพื้นฐานสำหรับสูตรและใช้การปรับเพื่อชดเชยสูตรสำหรับการเทียบเท่าระดับน้ำทะเลเพื่อให้สอดคล้องกับสูตรโดย Peronnet และคณะและ Bassett และคณะ แน่นอนเมื่อคุณดูข้อมูลที่รายงานมีความแปรผันขนาดใหญ่แน่นอนภายในกลุ่มการทดสอบที่ระดับความสูงที่จำลองดังนั้นสูตรจะขึ้นอยู่กับค่าเฉลี่ยของกลุ่มสำหรับแต่ละความสูงที่จำลองขึ้นมา

นี่คือสูตร:

x = กิโลเมตรเหนือระดับน้ำทะเล:

Peronnet และคณะ:
สัดส่วนของพลังงานระดับน้ำทะเล = -0.003x ^ 3 + 0.0081x ^ 2 - 0.0381x + 1

Bassett และคณะนักกีฬาปรับระดับความสูง (หลายสัปดาห์ที่ระดับความสูง): สัดส่วนของพลังงานระดับน้ำทะเล = -0.0112 x ^ 2 - 0.0190x + 1 R ^ 2 = 0.973

บาสเซตต์และอัลนักกีฬาที่ไม่ใช้ความสูง (1-7 วันที่ระดับความสูง): สัดส่วนของพลังงานระดับน้ำทะเล = 0.00178x ^ 3 - 0.0143x ^ 2 - 0.0407x + 1 R ^ 2 = 0.974

สูตรของซิมมอนส์ตามคลาร์กและอัล: สัดส่วนพลังงานระดับน้ำทะเล = -0.0092x ^ 2 - 0.0323x + 1 R ^ 2 = 0.993

และในรูปแบบแผนภูมิพวกเขามีลักษณะดังนี้:

ตอนนี้โปรดทราบว่าสิ่งเหล่านี้เป็นค่าเฉลี่ยสำหรับตัวอย่างที่ใช้ในการศึกษาแต่ละครั้งและมีการแปรผันของแต่ละบุคคลดังนั้นผลกระทบต่อบุคคลใด ๆ จะอยู่ในช่วงนี้ แต่อาจมากหรือน้อย

ผลกระทบทางฟิสิกส์

แน่นอนว่าจากมุมมองด้านประสิทธิภาพคุณสูญเสียพลังงานเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น แต่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเนื่องจากความหนาแน่นของอากาศที่ต่ำกว่าหมายความว่าคุณสามารถเดินทางด้วยความเร็วที่สูงขึ้นสำหรับกำลังไฟฟ้าเดียวกัน (และอากาศพลศาสตร์)

ฟิสิกส์ค่อนข้างตรงไปตรงมาและต่างจากผลกระทบทางสรีรวิทยาที่ใช้กับทุกคนอย่างเท่าเทียมกัน ตัวอย่างฉันตรวจสอบอิทธิพลของระดับความสูงต่อฟิสิกส์ของการบันทึกชั่วโมงโลกของการปั่นจักรยานและแสดงให้เห็นว่าการลดความหนาแน่นของอากาศในขณะที่การเพิ่มขึ้นของความสูงนั้นหมายความว่าเราสามารถเดินทางได้เร็วขึ้นสำหรับกำลังไฟฟ้าเดียวกัน ความเร็วใดก็ตามที่กำหนดเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น

ซึ่งส่งผลให้แผนภูมินี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ในอำนาจต่ออัตราการลากอากาศพลศาสตร์ (W / m ^ 2) และระดับความสูงสำหรับความเร็วตั้งแต่ 47 กม. / ชม. จนถึงสถิติ 56.375km / h ของ Chris Boardman

ในสาระสำคัญเมื่อความสูงเพิ่มขึ้นอัตราส่วนกำลังต่ออากาศพลศาสตร์จะลดลงด้วยความเร็วเดียวกัน

ผลกระทบสุทธิของทั้งผลกระทบทางสรีรวิทยาและฟิสิกส์

เมื่อเรารวมทั้งสองนี่คือผลลัพธ์:

นี่ควรจะตีความได้อย่างตรงไปตรงมาพอสมควร แต่ถึงอย่างนั้นฉันก็จะอธิบายให้ฟัง

แกนแนวนอนคือระดับความสูงและเส้นแนวตั้งที่มืดแสดงถึงความสูงของแทร็กต่าง ๆ ทั่วโลก

แกนแนวตั้งเป็นสัดส่วนของความเร็วน้ำทะเลที่ทำได้

เส้นโค้งสีแสดงถึงผลกระทบรวมของการลดกำลังไฟโดยใช้สูตรแต่ละสูตรที่ไฮไลต์ด้านบนรวมกับการลดความหนาแน่นของอากาศทำให้สามารถใช้ความเร็วที่มากขึ้นสำหรับพลังงานเดียวกัน

ตัวอย่างเช่นถ้าเราดูที่เส้นสีเขียว (Basset et al acclimated) นี่แสดงให้เห็นว่าเมื่อนักปั่นเพิ่มระดับความสูงพวกเขาจะสามารถรักษาความเร็วที่สูงขึ้นได้จนถึงประมาณ 2,900 เมตรและความสูงที่เพิ่มขึ้นนั้นแสดงให้เห็นว่าลดลง ในความเร็วที่ทำได้เนื่องจากการสูญเสียพลังงานเริ่มเกินดุลการลดความหนาแน่นของอากาศ

เส้นทางใน Aigle Switerland แสดงให้เห็นถึงความเร็วที่เพิ่มขึ้น 1% จากลอนดอนในขณะที่การขับขี่ที่ Aguascalientes จะให้ความเร็วระหว่าง 2.5% ถึง 4% ในการเพิ่มความเร็ว มุ่งหน้าไปยังเม็กซิโกซิตี้และคุณอาจได้รับเพิ่มอีกเล็กน้อย แต่ตามที่กราฟแสดงให้เห็นว่าเส้นโค้งเริ่มแผ่ออกไปและดังนั้นความเสี่ยงและเคล็ดลับยอดเงินรางวัลจะชี้ไปยังจุดสิ้นสุดของสเปกตรัมที่มีความเสี่ยงมากขึ้น

ระดับความสูงจึงหมายถึงกรณีของกำไรที่ดี แต่ผลตอบแทนลดลงเมื่ออากาศได้รับยาก เมื่อคุณมุ่งหน้าไปสูงกว่า 2,000 เมตรความเร็วจะเริ่มลดลงและในที่สุดพวกเขาก็เริ่มลดลงซึ่งหมายความว่ามีระดับ "จุดหวาน"

Caveats และมีไม่กี่คน แต่ที่สำคัญที่สุดคือ:

• ความสูงของจุดหวานของแต่ละคนจะขึ้นอยู่กับการตอบสนองของแต่ละบุคคลต่อระดับความสูง

• เส้นที่พล็อตแสดงค่าเฉลี่ยสำหรับกลุ่มนักกีฬาที่ศึกษา

• สูตรที่ใช้มีขอบเขตความถูกต้อง จำกัด ในขณะที่เส้นที่พล็อตขยายออกไป

• สิ่งเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงปัจจัยประสิทธิภาพเท่านั้นที่ควรพิจารณา แต่เป็นสองสิ่งที่สำคัญที่สุด

ฉันสงสัยว่าการลดลงของการแสดงที่มีระดับความสูงนั้นอาจเกิดขึ้นได้เล็กน้อยมากกว่าที่แนะนำไว้ที่นี่ อย่างไรก็ตามหลักการเดียวกันนี้ใช้แม้ว่าการตอบสนองส่วนบุคคลของคุณต่อระดับความสูงจะอยู่ที่ระดับล่างสุดของช่วงและมันก็ยากที่จะจินตนาการว่าทำไมทุกคนจะแนะนำว่าการมุ่งไปสู่เส้นทางระดับความสูงปานกลางอย่างน้อยเป็นแนวคิดที่ไม่ดี

หากคุณต้องการอ่านเพิ่มเติมฉันครอบคลุมปัญหาเหล่านี้ในสามบล็อกรายการที่นี่:

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

แผนภูมิต่อไปนี้สามารถพบได้ในบทความที่น่าสนใจเกี่ยวกับการฝึกอบรม Peaks บล็อก จากนี้คุณควรจะสามารถปรับระดับพลังงานของคุณเป็นครั้งคราว

พลังงานลดลงเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น แต่ค่าชดเชยคือความหนาแน่นของอากาศลดลงแบบขนาน (ไปยังจุด) และนี่คือเหตุผลที่บันทึกความพยายามหลายชั่วโมงได้ที่ระดับความสูง ชัดที่สุดคือ 3500m การเพิ่มขึ้นของความเร็วนั้นมากกว่าการสูญเสียพลังงาน ดังนั้นความนิยมของ velodromes ในลาปาซ (โบลิเวีย) ที่ 3400m และเม็กซิโกซิตี้ที่ 2230m

W / r ตามแนวคิดของแรงดันลมยางและความต้านทานการหมุน - มีบทความล่าสุดที่ debunked ตำนานเกี่ยวกับแรงกดดันยางสูง - ระบุการสูญเสียพลังงานที่สร้างขึ้นจากการสั่นสะเทือนของแรงดันลมยางสูงหมายความว่าแรงดันลมยางต่ำกว่าจริง ๆ "พื้นผิวถนน

http://www.wolfgang-menn.de/altitude.htm