คำถามของคุณเรียบง่าย แต่คำตอบทั้งหมดนั้นซับซ้อน คำตอบที่ง่ายที่สุดคือชี้ไปที่ส่วนที่ 2 (โดยเฉพาะตอนที่ 4) ของWilson และ Papadopoulos (2004)หรือบทวิจารณ์ล่าสุดโดยDebraux et al (2011)หรือบทความโดยMartin et al. (1998) อย่างไรก็ตามแม้เอกสารเหล่านี้จะไม่ครอบคลุมวิธีการที่ใช้ประโยชน์จากข้อมูลที่ได้จากคอมพิวเตอร์จักรยานที่ทันสมัยและหน่วย GPS พื้นหลังบางส่วนในสมการการลากกำลังจะช่วยให้คุณเข้าใจว่าทำไมจึงมีหลายวิธีที่แตกต่างกัน (ด้วยระดับความแม่นยำความแม่นยำความยากลำบากและค่าใช้จ่ายต่าง ๆ ) ในการประมาณการลาก
สมการในการแปลงความเร็วเป็นพลังงานนั้นเป็นที่เข้าใจกันดี พลังงานทั้งหมดที่ต้องการมีสี่ส่วน:
Total power = power needed to overcome rolling resistance +
power needed to overcome aerodynamic resistance +
power needed to overcome changes in speed (kinetic energy) +
power needed to overcome changes in elevation (potential energy)
ในบรรดาชิ้นส่วนที่ง่ายที่สุดคือพลังที่จำเป็นในการเอาชนะการเปลี่ยนแปลงในระดับความสูง พลังงานที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่มีศักยภาพและการเอาชนะการเปลี่ยนแปลงของความเร็วนั้นตรงไปตรงมา:
watts(PE) = slope * speed in meters/sec * total mass * 9.8 m/sec^2
watts(KE) = total mass * speed in meters/sec * acceleration
มีชิ้นส่วนเล็ก ๆ ของส่วนประกอบ KE เนื่องจากโมเมนต์ความเฉื่อยในล้อ แต่สำหรับจักรยานที่มีขนาดเล็กและเรามักจะมองข้าม อย่างไรก็ตามสมการที่จำเป็นในการอธิบายความต้านทานการหมุนและความต้านทานอากาศพลศาสตร์นั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย บทความโดย Martin et al. ที่อ้างถึงข้างต้นให้รายละเอียดเพิ่มเติม แต่ถ้าเราสามารถมองข้ามลมไปได้ส่วนประกอบของอากาศพลศาสตร์จะลดความซับซ้อนลง
watts(aero) = 0.5 * rho * CdA * (speed in m/s)^3
โดยที่ rho คือความหนาแน่นของอากาศเป็น kg / m ^ 3 และ CdA คือพื้นที่ลาก ("A" คือพื้นที่ส่วนหน้าและ "Cd" คือสัมประสิทธิ์การลาก; CdA เป็นผลิตภัณฑ์ของพวกเขาและสามารถคิดได้ว่าเป็น "เทียบเท่า" พื้นที่ของลูกบาศก์ตั้งฉากกับทิศทางของลมด้วยใบหน้าของพื้นที่ A)
ในที่สุดพลังงานที่จำเป็นในการเอาชนะความต้านทานการหมุน (ซึ่งรวมถึงยางท่อและแรงเสียดทานแบริ่ง) คือ
watts(RR) = Crr * total mass * 9.8 m/sec^2 * speed in m/s
Crr คือสัมประสิทธิ์ของความต้านทานการหมุน
ตอนนี้ถ้าคุณไปที่เครื่องคิดเลขออนไลน์เช่นเดียวกับที่Analyticcycling.comคุณจะเห็นว่าคุณต้องระบุค่าสำหรับ rho, Crr, Cd และ A; จากนั้นเมื่อพิจารณาค่าความเร็วและความชันเฉพาะแล้วมันจะคำนวณพลังงาน มันง่ายในการค้นหาเครื่องคำนวณออนไลน์สำหรับความหนาแน่นของอากาศ, rho, แต่ยากกว่ามากที่จะหาค่าประมาณของ Crr และ CdA (หรือแยกกัน, Cd และ A)
วิธีที่ง่ายที่สุด (แต่แพงที่สุด) ในการประมาณ CdA อยู่ในอุโมงค์ลม มีวัตถุติดตั้งอยู่บนเครื่องชั่ง (โดยทั่วไปเป็นเครื่องชั่งน้ำหนักที่แม่นยำและแม่นยำมาก) ใช้ลมด้วยความเร็วที่ทราบการวัดความหนาแน่นของอากาศและแรงรวมของวัตถุนั้นวัดโดยเครื่องชั่ง วัตต์คือแรง (เป็นนิวตัน) * ความเร็ว (เป็นเมตร / วินาที) ดังนั้นแรง (เป็นนิวตัน) = วัตต์ / ความเร็วลม = 0.5 * rho * CdA * (ความเร็ว ^ 2) ผู้ดำเนินการในอุโมงค์รู้ดีว่าโรโม่รู้จักเครื่องบินและเครื่องชั่งน้ำหนักราคาแพงจะวัดแรงเพื่อให้คุณสามารถคำนวณ CdA ได้ การประมาณค่าอุโมงค์ลมของ CdA ถือเป็นมาตรฐานทองคำ: เมื่อดำเนินการในอุโมงค์ที่มีผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์การวัดนั้นแม่นยำและทำซ้ำได้ ในทางปฏิบัติหากคุณต้องการรู้ซีดีแยกต่างหากคุณ d วัดพื้นที่หน้าผาก A ด้วยกล้องดิจิตอลและเปรียบเทียบกับภาพถ่ายดิจิทัลของวัตถุ (เช่นสี่เหลี่ยมจัตุรัส) ของพื้นที่ที่รู้จัก ในอดีตที่ผ่านมาเมื่อเกือบ 100 ปีก่อนดูบัวส์และดูบัวส์วัดพื้นที่ด้านหน้าโดยการถ่ายภาพบุคคลและวัตถุอ้างอิงตัดภาพตามแนวโครงร่างของวัตถุแล้วชั่งน้ำหนักส่วนที่ไวต่อแสง
อย่างไรก็ตามความต้านทานในยางท่อหรือแบริ่งไม่ได้รับผลกระทบจากความเร็วลมดังนั้นจึงไม่สามารถประเมิน Crr จากข้อมูลอุโมงค์ลมได้ ผู้ผลิตยางรถยนต์ได้วัดความต้านทานการหมุนของยางล้อหมุนขนาดใหญ่ แต่ไม่สามารถวัดแรงลากตามหลักอากาศพลศาสตร์ได้ ในการวัดทั้ง Crr และ CdA คุณต้องหาวิธีที่วัดทั้งสองและอนุญาตให้คุณแยกความแตกต่างระหว่างทั้งสอง วิธีการเหล่านี้เป็นวิธีการประมาณค่าทางอ้อมและแตกต่างกันมากในด้านความแม่นยำและความแม่นยำ
จนกระทั่งในช่วง 20 ปีที่ผ่านมาวิธีการทางอ้อมที่พบมากที่สุดคือการลาดลงไปตามเนินเขาที่เป็นที่รู้จักและวัดความเร็วสูงสุด (หรือที่รู้จักกันในนามความเร็วเทอร์มินัล) หรือความเร็วอื่นเมื่อผ่านจุดคงที่บนเนินเขา ความเร็วเทอร์มินัลไม่อนุญาตให้คุณแยกแยะความแตกต่างระหว่าง Crr และ CdA; อย่างไรก็ตามหากมีการวัดความเร็วที่จุดใดจุดหนึ่งและสามารถควบคุมความเร็ว "ทางเข้า" ที่ด้านบนของเนินเขาคุณสามารถทดสอบที่ความเร็วทางเข้าที่แตกต่างกันและได้รับสมการที่เพียงพอเพื่อแก้ปัญหาทั้งสองค่าคือ Crr และ CdA อย่างที่คุณคาดหวังวิธีนี้น่าเบื่อและมีแนวโน้มที่จะแม่นยำ อย่างไรก็ตามมีการสำรวจทางเลือกที่แยบยลมากมายรวมถึงการเดินไปตามทางเดินลมหรือในโรงเก็บเครื่องบินขนาดใหญ่และความเร็วในการวัดที่แม่นยำสูงโดยใช้ "ดวงตาไฟฟ้า" หรือแถบเวลา
ด้วยการปรากฎตัวของมิเตอร์ไฟฟ้าบนจักรยานโอกาสใหม่เกิดขึ้นเพื่อวัดอากาศพลศาสตร์และแรงลาก กล่าวโดยย่อถ้าคุณสามารถหาถนนที่กำบังลมได้คุณจะต้องขับขี่ด้วยความเร็วคงที่หรือกำลังบนถนน จากนั้นให้ทำซ้ำด้วยความเร็วหรือพลังงานที่ต่างกัน ความต้องการของ "แบนและลมที่กำบังด้วยความเร็วคงที่" หมายความว่าคุณสามารถมองข้ามส่วนประกอบ PE และ KE ของพลังงานและมีเพียงต้องจัดการกับความต้านทานการหมุนและส่วนประกอบอากาศพลศาสตร์ดังนั้นสมการกำลังโดยรวมจะลดความซับซ้อนลง
Watts = Crr * kg * g * v + 0.5 * rho * CdA * v^3; or
Watts/v = Crr * kg * g + 0.5 * rho * CdA * v^2
โดยที่ g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง 9.8 m / วินาที ^ 2
สูตรหลังสามารถประมาณได้อย่างง่ายดายโดยการประมาณเชิงเส้นโดยที่ความชันของสมการเกี่ยวข้องกับ CdA และการสกัดกั้นนั้นเกี่ยวข้องกับ Crr นี่คือสิ่งที่ Martin และคณะ เคยทำ; พวกเขาใช้เครื่องบินรันเวย์เฉลี่ยวิ่งทั้งสองทิศทางและวัดความกดอากาศอุณหภูมิและความชื้นเพื่อคำนวณ rho และวัดและแก้ไขสำหรับความเร็วลมและทิศทาง พวกเขาพบว่า CdA ที่ประเมินโดยวิธีนี้ตกลงภายใน 1% ของ CdA ที่วัดในอุโมงค์ลม
อย่างไรก็ตามวิธีนี้ต้องการให้ถนนเรียบและความเร็ว (หรือกำลังไฟ) คงที่ตลอดความยาวของการทดสอบวิ่ง
วิธีการใหม่สำหรับการประเมิน CDA และ CRR ได้รับการพัฒนาที่ใช้ประโยชน์จากความสามารถในการบันทึกของคอมพิวเตอร์จักรยานที่ทันสมัยมากและพลังงานเมตรจักรยาน หากมีการบันทึกความเร็วเป็นช่วง ๆ (และเป็นทางเลือกพลังงาน) คุณสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของความเร็วได้โดยตรงเพื่อให้สามารถประมาณองค์ประกอบของพลังงาน KE ได้ นอกจากนี้หากคุณขับวนไปวนมาถนนไม่จำเป็นต้องแบนเนื่องจากคุณรู้ว่าเมื่อกลับไปที่จุดเริ่มต้นของลูปการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงของเน็ตจะเป็นศูนย์ดังนั้นส่วนประกอบ PE PE จะเป็นศูนย์ วิธีนี้สามารถและนำไปใช้กับการปรับระดับความสูงของตาข่ายที่รู้จัก (นั่นคือคุณไม่จำเป็นต้องมีความชันคงที่และหากการเลื่อนคุณรู้ว่าพลังงานเป็นศูนย์) ตัวอย่างของวิธีการนี้สามารถพบได้ที่นี่และที่นี่และเมื่อดำเนินการอย่างระมัดระวังแสดงว่าเห็นด้วยกับประมาณการอุโมงค์ลมของ CdA ให้ดีภายใน 1% นำเสนอวิดีโอสั้น ๆ เกี่ยวกับวิธีการที่สามารถพบได้เริ่มต้นที่เกี่ยวกับการทำเครื่องหมาย 28:00 นี่ วิดีโอสั้น ๆ ของวิธีการใช้งานบนจักรยานสามารถดูได้ที่นี่