Гена

Brisbane to Gold Coast Cycle Challenge 2016

Позавчера мне удалось совершить самую быструю в своей жизни поездку. Ехал я в рамках ежегодного 100 км массового челенджа Брисбен - Голд Кост с примерно 6000 участников. Ехал я уже не первый раз и, памятуя опыт прошлых лет, встал на старте прямо около стартового створа. Когда четырёхполосная улица во всю ширину почти до горизонта заполнена велосипедистами, а стартовых зон всего 3: < 25км/ч, 25-30 км/ч и >30 км/ч, так что если встать далеко от стартовой линии, просто протискивание через тыщу людей может занять минут десять-пятнадцать. Я хотел сделать заход на 2:30 и для этого конечно нужна была быстрая пачка, так что я благоразумно встал в самое начало, а так как приехал всего лишь минут за пять до старта по расписанию, места там уже не было и встать пришлось с боку у ограждения и слиться со волной стартующих уже после того, как их выпустили из отстойника по направлению к надувным воротам. Старт дали в 5:18 и понеслось.



Со старта с ходу сформировалась быстрая пачка человек наверное из 50, которая прямо с ходу начала ломить. В этот день - единственный в году, когда велосипедистам разрешают ездить по автобусной дороге Брисбена. Отличное качество дороги, полное отсутствие транспорта как бы споосбствуют разгону. Первая часть дистанции идёт по небольшим горкам и чтобы удержать там высокую скорость и не отвалиться от группы, приходилось вламывать будь здоров как. И никто и не думал сбавлять, темп был дичайший. Хотя по ходу первых 30-40 км отвалилось около половины лидирующей группы. Первую половину дистанции, на которой происходит бОльшая часть 600 метров набора высоты, мы преодолели со средней скоростью 40.6 км/ч.



Сначала я ставил себе целью просто не отвалиться на горках или, уработавшись, сразу после них, но довольно быстро втянулся в работу и в вертушке участвовал очень активно, регулярно очень хорошо отрабатывая свои смены. Но реально бОльшую часть работы делала только половина группы, но те, кто работал, делали дело старательно. Высокий темп очень сильно стимулирует его не сбавлять. Лидирующую группу непрерывно сопровождали полицейские мотоциклы (один в голове и один замыкающий), притормаживая транспорт, позволяя нам проехать на красный и отпугивая неадекватов, так что остановиться по дистанции нам пришлось всего один раз и то секунд на десять.



К середине стало уже дичайше тяжело, но дистанция стала плоской с большой чередой небольших подъёмов и спусков и тут пошла работа вообще на убой - паши или умри и кто не успел, тот опоздал. Я честно хоть и знал, что теоретически способен на такие усилия, но практически такую мощность и такое долгое время не выдавал никогда. Было уже тяжело, но азарт уже взял своё, группа сработалась и вторую половину мы пролетели со средней скростью около 42.2 км/ч, а уже совсем плоская концовка в 19 км вышла и вовсе на 44 км/ч, мы их проехали натурально за 26 минут. К концу мне так дало по ногам, что на спринт сил уже не хватило и на последних нескольких сотнях метров я пропустил вперёд несколько чел, в основном из тех, кого я за всю дистанцию увидел впереди впервые, но в любом случае финишировал в первой двадцатке. Финиш всей пачки уложился примерно в 1.5 минуты, я отстал от первого на 1:09. Наш отрыв примерно в котором к концу дистанции осталось 20-25 человек уехал от основной большой быстрой группы на целых пять минут!

Так как это не была официальная гонка, то время только по Страве. Моё время на сегменте в 97.6 км - 2:21:09, средняя скорость 41.5 км/ч, на сегодня 21-й из 2013 загруженных результатов с этого челенджа. Нормализованная мощность за всю поездку, если кто понимает, 261 Вт или 3.7 Вт/кг. По дороге ещё собрал три кубка 4-й, 5-й и 7-й, что для наших мест с тысячами попыток вообще охрененно :) Конечно немного досадую, что я слишком спалил мышцы не думая о том, что на финиш меня, возможно, не хватит и я упущу более высокое заслуженное место на финише, но очень приятно, вставая на смену видеть, что пелотон немного разгоняется от твоих усилий. Ну и в целом, для меня такой результат это огромный успех, даже при том, что до целевого веса на этот сезон я немного недохудел. После пяти удачных стартов за последние 2 месяца и шести месяцев усиленных тренировок, я беру отпуск на месяц. Очень доволен всеми результатами, но надо и отдыхать.

https://www.strava.com/activities/745851748

Ну и просто пара картинок для удержания внимания, с не слишком быстрой 36 км разделки с профилем неделей раньше, на которой я немного схалявил, недобрал мощности и не добрался даже до средней скорости в 39 км/ч, не говоря уже про оптимистичный план в 40 :-) Но был даже вовсе непоследним в группе open elite, что тоже не может не радовать.





https://www.strava.com/activities/738733714
Гена

Испытание горами — Peaks Challenge Gold Coast 2016

На минувших выходных проехал очень важный для себя старт Peaks Challenge Gold Coast — очень длинный горный челендж на шоссейных велосипедах. 235 км по шоссе через 5 гор с общим набором высоты более 4000 метров. Фактически по данным моего велокомпьютера в этом году у меня получилось 231 км и 4120 метров набора. Организаторы дают лимит по времени в 12 часов и все, кто не укладывается в этот лимит — выбывают и даже не получают майку финишера. Отдельная категория "Sub 9 hours", это те финишеры, которые смогли закончить трассу быстрее 9 часов и им полагается особая вело-майка финишера. Обычно таких бывает не больше 20% от количества стартовавших и не заканчивают дистанцию или не укладываются в 12 часов 10-15% стартовавших. Я долго мялся по поводу целевого времени, хотя готов был очень хорошо, но за неделю до старта умер мой университетский тренер по лёгкой атлетике и я решил, что в память о нём поеду в полную силу сделаю заход на 9 часов и мне это удалось.



Готовился я очень долго и тяжело. Конкретно к этому страту около 3 месяцев, потеряв за последние два месяца 6 кг веса, примерно с 78 до 72 кг. За последние 6 недель перед стартом проехал около 2000 км по шоссе и по сумме восхождений дважды заехал на Эверест, всё на фоне довольно злого дефицита калорий. Последние две недели активной подготовки 847 км и около 30 тренировочных часов. В силу семейных обстоятельств единственное доступное для тренировок время было рано утром и я в основном тренировался с 5:00-5:30 утра перед работой, так чтобы к 8 утра быть в офисе.

Это моя самая длинная и самая холмистая поездка до сих пор. По трассе предполагалось 3 больших остановки, где можно было взять питание, наполнить бутылки и одна в середине, где оставить ненужную одежду и прочее снаряжение. С вечера на регистрации я сдал свои бутылки с изотоником, гели, батончики и, на всякий случай запасные камеры и баллончики с СО2, если использую их по дороге.



Я с самого начала стал держаться с пейсмейкерами на 9 часов, так что все остановки были строго регламентированы 6-8 минут и никаких остановок на промежуточных точках отдыха не было. Заехал, оставил пустые бутылки, взял полные, выкинул упаковки от питания, взял следующее питание и уже объявляют двухминутную готовность. Кто не успел — тот опоздал. На фотке ниже один из пейсмейкеров, в итоге до финиша он тащил бОльшую часть 9 часовых велосипедистов, отставших от первой быстрой группы. Мне удалось удержаться с первой группой и финишировать одним из первых в ней.



Вторая группа ехала примерно в 7 минутах позади за 2 часа до финиша и едва ли всем удалось пробить 9 часов, т.к. я выехал всего на 9 минут а впереди нас ожидал последний жестокий подъём на 300 метров и потом спуск и ещё 25 км с серией брутальных торчков, так что даже на них после более 200 км и гор можно было запросто встать и вообще пойти пешком.

Вторая остановка на "обед", около 119 км и две самые сложные горы позади. Отвожу байк механику в связи со скрипом в каретке, бегом снимаю с себя тёплое - рукава, чулки, нижнюю майку. Достаю две бутылки с изотониками, пакет энергетического напитка и поллитровую бутылку с водой. Развожу, выпиваю и только намереваюсь сходить взять положенный мне сэндвич с курицей, как объявляют готовность 2 минуты. Хватаю протеиновый батончик из пакета, застёгиваюсь на бегу, бегом забираю байк из палатки техпомощи под неутешительный комментарии механика и снова ехать. Батончик съедаю уже на ходу и это мой обед.



Мне очень запомнилось восхождение на 3-ю гору, длина склона почти 8 км и градиент около 5%. Лидер групы задал темп около 18 км/ч и мне каким-то чудом удалось удержаться за ним и, мало того, показать 7-й результат из 572 финишеров на этом холме, что для меня вообще что-то невообразимое. По ходу этих болезненных 25 минут было видно, как разваливается пачка из более, чем 20 человек. Многие так и не смогли уложиться в 9 часов и отвалились вообще по-жёсткой. Это и не мудрено, на вершине этой горы отметка 140 км и впереди ещё 91!



Реально последние 10 минут я превратился в отупевшее животное, мир которого сузился до колеса едущего впереди велосипедиста. Очень было тяжко дотянуть эти километры, особенно из-за того, что у меня внезапно что-то ослабло в велике и он начал дико скрипеть под нагрузкой при каждом обороте педалей. За этой горой последовал самый сложный спуск поездки по крутом серпантину, на которых я не очень. Особенно на фоне усталости. Поэтому чтобы догнать группу после спуска мне пришлось ещё около пяти минут ломить в одного почти в полную силу, чтобы съесть эти 250-300 метров отставания. Благо лидер группы не был заинтересован в отрыве и темп держал разумный.



Затем ещё один подъём, там уже стало почти невесело, даже на спуске. Последняя остановка на пункте питания 176 км и 4 пика позади - быстро найти свой пакет, сменить пустые бутылки на полные (в одной из бутылок кофеиновый изотоник на последний рывок), выкинуть упаковки от гелей, сходить в туалет и намазаться кремом от солнца. Уже за полдень, а мы выезжаем на равнину, где меньше тени и начинает припекать. Только собираюсь присесть, как зовут уезжать. На выходе из зоны питания встречаем вторую группу на 9 часов, мы идём с опережением графика на 10 минут, а они только приехали и сильно опаздывают. По ходу кстати обгоняли немало спаливших мышцы велосипедистов, пытавшихся прыгнуть выше головы.

Тут мы выехали из последней станции питания и едем плоский участок в 25 км, оставшийся до последней пятой горы: 331 метр набора на 7% градиента. Участок даже немного с горы, так что сидя плотно в середине "поезда" и держа колесо, можно на прогулочной мощности лететь 33-35 км/ч, что я и делаю.



По ходу заливаю в себя изотоник и каждые 12-15 минут впихиваю гель. Сейчас они мне не нужны, но я знаю, что на горе понадобится всё. В общем экономлю энергию как могу и восстанавливаю запасы топлива. О том, чтобы встать на смену пока речи не идёт, держусь позади, причём уже в основном на морально-волевых качествах спортсмена. Уже прям капец невесело, за 7 часов весь кураж выветрился и началась тупая и очень тяжёлая работа. Мышцы уже начали активно намекать на судороги и вся надежда на то, что изотоник, углеводы и низкая интенсивность втечение 40 минут помогут немного исправить положение.

Последний подъём — всё, это пипец. Каким-то образом выдавил из себя что-то около 225 Вт на 20 минут, несколько отстал от своей группы с ещё одним парнем, но на спуске нам удаётся на пару их догнать, отставание было невелико, всего секунд 30 и на небольшом торчке мы их настигаем. Мы все улыбаемся и довольны, потому что осталось всего 26 км на один час и ещё целых 6 минут и больше не будет затяжных гор. Но пейсмейкер, чувствуя ответственность, очень серьёзен, не шутит и просто сообщает сухие цифры: мы идём с десятиминутным опережением графика, давайте ребята, потерпите ещё немного. Я тоже стараюсь чрезмерно не вдохновляться, зная, что впереди три злобных и лютых торчка, с 9-10% градиентами. Я знаю, что уже не сдамся, но не до конца уверен на счёт моих мышц.

После первых двух торчков, прислушавшись к ощущениям в мышцах, встаю на смену и помогаю пейсмейкеру тащить группу. Он конечно лось, но видно, что уже тоже умотался. Некоторое время веду его и других на своём колесе впереди пачки. Реально тяжело, особенно в городе — за 10 км до финиша последний подъём в жилой зоне, ещё 130 метров набора на сладкое. На нём есть участок всего в 500 метров но 9-процентный градиент делает своё дело, многие уже перестали бороться, т.к. знают, что добились своей цели и доезжают тихонько. Но только не я. Ломлю в этот подъём, откуда-то снова берутся ватты. Наверху 8 км до финиша, едем вчетвером - я веду. Много светофоров, но я стараюсь добавить, чтобы попасть в зелёную волну и это удаётся: меньше 15 минут и я вижу финиш. На радостях делаю напоследок 310 Вт на 60 сек и всё, 8 часов 50 минут 52 секунды!



По результатам всех 5 восхождений у меня 46-й результат, а финишную линию пересёк 90-м из 572. С одной стороны я в этот раз прыгнул выше головы, с другой, такие результаты на восхождениях предполагают, что я бы мог удержаться в группе и порезвее, например на 8:30. Но это уже в следующем году, если доживу! :)

Гена

Купание красного коня



На самом деле мне просто стало любопытно, у скольких людей бомбанёт пукан при виде этой очень остроумной и весёлой фотографии. Она называется купание красного коня, если вы конечно понимаете о чём я.

История этой фотки такова, что чуть больше недели назад мы катались по Новосибирской области на шоссерах, мы попали под внезапный проливной дождь и за последующие два с половиной часа устряпались так, что по возвращению пошли в душ спортивного комплекса вместе с великами.



Было очень круто, даже заехали в места, знакомые с детства по поездкам на дачу, постояли на мосту через р. Иня где-то в Шелковичихе.



Кататься было круто, но я вот задумался почему людей может так сильно внутренне (а затем и внешне конечно) перекручивать при виде ситуативно вполне адекватной фотографии. Особенно мужчин. Не уверены в своей ориентации что ли? Странные-странные социальные явления.

мозг

Униполярный мотор с левитирующим ротором

Когда работа действительно интересная :-)
Надо было выполнить демонстрацию левитации магнита над высокотемпературным сверхпроводником, но я дополнил демонстрацию, и превратил систему в униполярный мотор, пропустив радиальный ток от батарейки через магнитый диск. Получилось довольно круто, не то что всякие батарейки с шурупами!



А ещё недавно вышла наша статья в журнале Superconducting Science and Technology, A superconducting homopolar motor and generator—new approaches.

Пожалуй, самая крутая статья за всю мою скромную научную карьеру, и включает в себя все 4 года работы на моей нынешней работе. В частной компании публикация дело не всегда простое и далеко не всегда так уж приветствуется, так что само по себе это большое достижение, не говоря уже о том, что мы построили и протестировали довольно большой сверхпроводниковый мотор! :-)
Гена

Ветер, алюминий и дураки

Скучная арифметика.

В Китае самая большая установленная номинальная мощность ветровых турбин в мире (115 ГВт по состоянию на декабрь 2014). Китай увеличил установленную мощность ветровых турбин примерно в 100 раз за последние 10 лет. Ветровые турбины в Китае выработали в 2014 году 153 ТВт-ч или 2.78% национального производства энергии, работая примерно в половину проектной производительности. У Китая есть две офф-шорные фермы (установленные в море) общей номинальной мощностью 252 МВт.

США идёт на втором месте и имеет 65.6 ГВт номинальной установленной мощности ветровых турбин и генерирует 182 ТВт-ч или 4.4% общего производства энергии, делая максимум возможной энергии из своих ветряков.
Энергопотребление алюминиевой промышленности Китая самое экономное в мире и расходует 13,6 МВт-ч (по состоянию на январь 2015) переменного тока на тонну первичного алюминия. Это ниже, чем в среднем в мире (14.3 МВт-ч на тонну). За последние 10 лет Китай снизил потребление энергии в алюминиевой промышленности с 14.8 до 13.6 МВт-ч на тонну. Китай - крупнейший производитель алюминия в мире и тратит примерно 375 ТВт-ч в год (6.8% всей генерируемой электроэнергии) на производство алюминия.

Австралия - маленькая страна, имеет 3.8 ГВт ветряков и в 2013 году сделала 14.8% энергии из ветра и других возобновляемых источников. Австралия 7-й производитель алюминия в мире и тратит примерно 12.5% производимой энергии на его производство. Северная Америка тратит на производство алюминия 67.9 ТВт-ч в год, производя 182 ТВт-ч из ветра.

Ветроэнергетика технологически-развитых стран уже на сегодняшний день с избытком обеспечивает или может при необходимости легко обеспечить производство алюминия - самого энергоёмкого (примерно в 22 раза более энергоёмкое, чем производство стали) и одного из самых востребованных материалов. Ветряк живёт примерно 25 лет.

Если ещё какой-то дурак скажет мне, что ветровая энергетика не производит энергии, необходимой для производства самих ветряков, то он дурак. И стоит для меня в одном ряду с креационистами.

http://www.world-aluminium.org/
http://www.gwec.net/
http://reneweconomy.com.au/nem-watch
Гена

О влиянии типа одежды на аэродинамику велосипедиста

Цель теста была сравнить влияние типа одежды на потери мощности и скорость при езде на велосипеде. Конкретно в этот раз я сравнивал езду в обычной одежде: повседневная футболка и просторные велошорты из комплекта формы для маунтинбайка с одной стороны и обтягивающая шоссейная велоформа - джерси по фигуре и шорты из лайкры с другой.

Всё остальное оставалось одинаковым: велосипед, шлем, обувь, посадка. Посадка была высокая, на "худах". Тесты проводились на велодроме один за одним с интервалом только на то, чтобы переодеться и немного перекусить, так что погодные условия (температура воздуха, ветер) можно считать почти постоянными. На сбор качественных данных в одном тесте уходит примерно 45 минут.

Итак, переходим к результатам!

Результаты, как обычно, я представляю в виде графика зависимости силы сопротивления (мощность разделённая на скорость) от квадрата скорости. Это очень удобные оси, в частности потому, что позволяют сразу разделить аэродинамическое сопротивление и сопротивления качения. Наклон кривой это размерный коэффициент аэродинамического сопротивления, а точка пересечения с вертикальной осью — сила сопротивления качению. Поэтому одновременно получается определить коэффициент аэродинамического сопротивления и коэффициент сопротивления качения колёс. Так же в этих осях очень легко оценить качество данных, обычно они очень хорошо ложатся на прямую. Если разброс большой, значит что-то в тесте пошло не так.

Кстати, заодно я испоробовал новые для себя супер-защищённые покрышки Schwalbe Durano Plus 25 мм, и на давлении 100 psi получил коэффициент сопротивления качения по гладкому асфальту 0.0057, что очень близко к данным независимых лабораторных тестов, найденных мной в сети. Это, конечно, совсем не скоростная резина, у которой при правильно подобранном давлении бывает меньше 0.003, но это не такая уж и высокая плата за надёжность, особенно на наших дорогах, щедро усыпанных стеклянной крошкой.

Чтобы понимать, чего стоит сопротивление качения, я дам следующий пример. Для велосипедиста, весящего в одежде с велосипедом 85 кг или 833 Н, каждые 0.001 единицы коэффициента дают 0.833 Н силы сопротивления. Мощность, необходимая для преодоления этой силы, получается умножением силы на скорость в м/с. Например, на скорости 36 км/ч или 10 м/с, каждые 0.001 требуют 8.3 Вт. Так что на скоростной и хилой резине мы оказываемся в диапазоне 25-30 Вт, на крепкой и медленной в диапазоне 45-50 Вт.

Теперь аэродинамика: в диапазоне скоростей 30-40 км/ч, в котором велогонщики-любители ездят чаще всего, переход от обтягивающей к свободной и хлопающей на ветру одежде, требует примерно на 8% больше мощности для поддержания равных скоростей. Сколько это в абсолютных ваттах показано на графике ниже.

14 Вт дополнительных ватт на скорости 30 км/ч, 21 Вт на скорости 36 км/ч и 27 Вт на скорости 40 км/ч!

Результаты вовсе не бесполезные, т.к. 8% это очень большие потери. Если мы в результате методичной тренировки вырастаем за год на 8%, это уже большой успех! Ну и это может быть важно для выбора одежды на холодное время года. На холоде и так всё становится медленным - коэффициент сопроитвления качения может запросто удвоиться если температура упадёт с 30 градусов до 10 градусов; плотность воздуха тоже вырастает на несколько процентов, а тут ещё и одежда. Поэтому при выборе верхнего слоя, т.е. ветровки, стоит обратить внимание на то, на сколько плотно одежда сидит по фигуре и как ведут себя рукава. Т.к. потеряные 20 Вт (а то и больше) могут запросто означать для многих невозможность удержаться в группе, едущей в резвом темпе.

Ну и ещё хочу обратить ваше внимание на то, на сколько коэффициет аэродинамического сопротивления (я обычно использую размерный) может менять в зависимости от посадки и, в меньшей степени выбора велосипеда.
На графике ниже представлены результаты одного из моих давнишних полевых тестов аэродинамических шлемов на разделочном велосипеде в агрессивной аэропозиции.

Высокая посадка на шоссейнике отличается от аэропосадки на разделочнике в 1.5 раза. Т.е. примерно 0.15 против 0.23. На той же скорости 36 км/ч (10 м/с) это попросту 150 Вт против 230 Вт!!! Если добавить сюда 35 Вт на резину с разумным балансом защищённости и экономичности, это даёт 185 Вт против 265 Вт. А с учётом потерь в трансмиссии, которые находятся на уровне 5%, мы получаем 195 Вт на оптимизированном аэровелосипеде против 280 Вт на обычном шоссейнике, если вдруг кому-то придёт в голову безумная идея ломиться впереди пелотона на 36 км/ч не перехватившись в аэропозицию конечно :)

Ещё раз, чтобы понять масштаб: 36 км/ч и 195 Вт против 280 Вт. Первое (для непрерывного поддержания достаточно длительное время) достижимо очень многим спортсменам-любителям. Второе, даже для поддержания в течение 60-90 минут, требует уже весьма серьёзной спортивной подготовки и это лишь для 36 км/ч по плоской дороге.

Гена

Оценка расхода калорий по показаниям кардиомонитора

Итак, каков принцип измерения метаболических калорий с помощью пульсометра. Начну с моих результатов измерения обмена веществ под нагрузкой: выполняется нагрузочный тест со ступенчатым увелиением нагрузки, а с помощью газоанализатора измеряется количество потребляемого кислорода и выдыхаемого углекислого газа. Одновременно измеряется пульс.

Таким образом можно измерить расход калорий (за вычетом обмена белков) в зависимости от пульса и вклад в него от жиров и углеводов.



Мой индивидуальный полный расход калорий в зависимости от пульса я построил на втором графике.



В диапазоне от 110 уд./мин. до 180 уд./мин. кривая пульс-расход с хорошей точностью является линейной с наклоном 8.09 ккал/ч на удар. В этом диапазоне аэробных нагрузок при не слишком быстром изменении пульса/интенсивности упражнения, расход калорий с хорошей точностью можно получить по простой формуле 8.09*ЧСС - 354.85 (ккал/ч). Т.е. на пульсе 150 ударов в минуту (с таким пульсом я могу упражняться дольше трёх часов) расход калорий будет 8.09*150-354.85 = 858.65 (ккал/ч). Если вычесть основной обмен веществ в 72.25 ккал/ч (тоже полученный с помощью непрямой калориметрии), то получается 786.4 ккал/ч.



Максимальный пульс (мой рекорд), который я могу поддерживать втечение 60 минут это 176 ударов в минуту. Таким образом мой максимальный расход калорий на данный момент за 1 час: 1096 ккал или 996.7 ккал за вычетом основного обмена веществ. Наиболее точно расход измеряется с помощью пульсометра при постоянной или очень медленно меняющейся аэробной нагрузке. Конечно в идеале надо вычислять сумму по зависимости пульса от времени и калибровке, но в случае относительно равномерной аэробной работы можно довольно точно вычислить расхд после тренировки просто по среднему пульсу. В спортивных гаджетах, измеряющих пульс, обычно используется какая-то осреднённая по больнице зависимость расхода для заданного возраста, пола, веса и каких-то иных характеристик. Естественно, индивидуальные отклонения от этих средних кривых могут быть значительными, например, у меня максимальный пульс 198, хотя в среднем по популяции наиболее вероятный максимальный пульс будет примерно 220-возраст = 183. Поэтому оценка спортивного гаджета может использоваться только как очень примерный ориентир. Более того, даже имея заранее определённую индивидуальную калибровку, нельзя гарантировать очень высокую точность подобных косвенных измерений, в особенности если после её определения прошло достаточно много времени. В любом случае это единственный способ получить достаточно достоверные измерения расхода по прямым измерениям пульса.
Дорожное зеркало

Физика езды в гору

В последний год я довольно много писал про аэродинамическое сопротивление в велоспорте и как-то до сих пор обходил стороной другой значительный источник сопротивления - силу тяжести при езде в гору. Так что сегодня я поведаю о механике восхождений и как всем уже известные ватты соотносятся со скоростью движения вверх по склону.

Сначала я запишу полное уравнение равномерного движения велосипеда с велосипедистом (без учёта ускорения) и объясню, что и какой член там означает. Итак:

η⋅Pпед= Pкол = [КА⋅(V+VВ)2 + Mg(grad + Crr)]⋅V = FΣ⋅V, где

FΣ — суммарная сила сопротивления;
η — эффективность трансмиссии, для хороших современных велосипедов ~95%;
Pпед — средняя мощность, которую велосипедист развивает на педалях, (Вт);
Pкол — мощность, которая развивается на втулке заднего колеса (то, что остаётся после трансмиссии), (Вт);
КА — размерный коэффициент аэродинамического сопротивления, (кг/м);
V, VВ — скорость движения велосипеда и скорость ветра, соответственно, (м/с);
М — общая масса системы велосипедист-велосипед со всем снаряжением, (кг);
grad — крутизна градиента, (%, безразмерный), например 10% = 0.1;
Crr — безразмерный коэффициент сопротивления качения, типовое значение для шоссейного велосипеда с гоночными покрышками 0.004;
g — ускорение свободного падения, 9.81 м/с2.

Расмотрим систему массой 80 кг (велосипедист 70 кг, велосипед 7.5 кг, 2.5 кг одежда и экипировка), которая движется вверх по склону с градиентом 15% = 0.15. Для простоты рассмотрения предположим полный штиль. Пусть он хочет ехать со скорость 10 км/ч или 2.8 м/с.

-Вес системы составляет 784.8 Н (масса умноженная на ускорение свободного падения), сила сопротивления со стороны силы тяжести получается умножением веса велосипеда на градиент: 117.7 Н.

-Крутит он естественно в высокой позиции, для которой типовое значение КА = 0.3 кг/м, сила аэродинамического сопртивления: 0.3*2.8*2.8 = 2.4 (Н).

-Сила сопротивления качению 0.004*784.8 Н = 3.1 Н.

Итого, суммарная сила сопротивления FΣ = 117.7 + 2.4 + 3.1 = 123.2 (Н).

Тогда получается, что механическая мощность, развиваемая на заднем колесе для движения вверх по склону с градиентом 15% на скорости 10 км/ч: Pкол = 123.2 Н * 2.8 м/с = 345 Вт.

Вспоминаем, что есть 5% потерь на трансмиссию, так что от велосипедиста требуется развить на педалях 345 Вт/0.95 = 363 Вт или 5.19 Вт/кг. Если речь про сравнительно длительное восхождение минут на 15-20 (250-340 метров набора высоты), то 10 км/ч - результат вполне профессиональный.

Для простых смертных 10 км/ч на 12% градиенте весьма достойный результат, так как требует уже 279 Вт или 3.99 Вт/кг.

Ну и для упражнения можете посчитать, например: 20 км/ч (5.6 м/с) на градиенте 5% и 15 км/ч (4.2 м/с) на градиенте 10% и увидеть, как по мере уменьшения градиента и роста скорости снижается вклад гравитации и растёт вклад аэродинамики. Так же можно поиграть с весом системы (скажем, что будет если масса велосипеда снизится на 0.5 кг), коэффициентом сопротивления качения и иными параметрами.

Спасибо за внимание! Продолжение следует.
В комментариях охотно отвечу на хорошие содержательные вопросы.