Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kepadatan Udara adalah: Ketinggian, Suhu Udara, Kelembaban Udara, dan Tekanan Udara. Kalkulator: http://barani.biz/apps/air-density/
Bagaimana mengendarai pada kepadatan udara yang berbeda mempengaruhi Output Daya dan Kecepatan?
Jawaban:
Baru saja kembali ke pertanyaan ini karena ada beberapa pertimbangan.
OP hanya menyebutkan tekanan udara (barometrik) dan belum tentu ketinggian. Saya akan mulai dengan tekanan barometrik saja dan kembali ke dampak ketinggian.
Variasi tekanan barometrik khas pada ketinggian yang sama, dan karenanya berdampak pada tekanan parsial oksigen (O2), tidak begitu besar hingga terlihat oleh kemampuan seseorang untuk menghasilkan daya, namun mereka cukup untuk mempengaruhi kecepatan yang dapat dicapai seseorang untuk suatu output daya yang diberikan. Mungkin tidak semua yang terlihat pada umumnya berkeliaran di sekitar kota, tetapi pengendara uji waktu akan dapat mencapai waktu lebih cepat atau lebih lambat tergantung pada tekanan barometrik.
Variasi 10% tekanan udara pada ketinggian yang sama tidak akan terjadi. misalnya perbedaan antara hari tekanan sangat rendah (mis. kategori siklon 2 sampai 3 dengan zona tekanan rendah pusat @ 970 hPa) dan tekanan sangat tinggi (mis. hari baik @ 1030 hPa) hanya 6%.
Karena Anda tidak mungkin mengendarai badai atau topan, fluktuasi tekanan barometrik untuk kondisi yang akan Anda alami biasanya hanya beberapa persen. Meski begitu, untuk pembalap uji coba waktu, selama 40km saja perbedaan dalam kepadatan udara antara hari-hari tekanan rendah dan tinggi dapat menghasilkan perbedaan 30 detik dalam waktu di jalur, semua hal lainnya sama.
Udara massa jenis dapat bervariasi lebih dari itu karena perubahan tekanan barometrik saja. Kepadatan udara terutama merupakan fungsi dari tekanan udara, suhu udara dan ketinggian.
Kepadatan udara meningkat dengan meningkatnya tekanan barometrik, dan berkurang dengan meningkatnya suhu dan ketinggian. Kelembaban memiliki dampak yang sangat kecil (dapat diabaikan) pada kepadatan udara tetapi demi kelengkapan, meningkatkan kelembaban sedikit mengurangi kepadatan udara.
Dampak Ketinggian pada Kinerja
Jika kita mempertimbangkan dampak ketinggian pada kinerja bersepeda, seperti yang lain katakan ada dua faktor utama:
saya. dampak fisiologis terhadap kemampuan Anda untuk menghasilkan daya yang berkelanjutan karena tekanan parsial O2 berkurang dengan meningkatnya ketinggian, dan
ii. dampak fisika ketika kepadatan udara berkurang, artinya seseorang dapat mencapai kecepatan lebih tinggi untuk keluaran daya yang sama (ceteris paribus).
Dampak fisiologis
Ketika kita naik ke ketinggian yang lebih tinggi dan kepadatan udara turun, udara "lebih tipis" berarti pengurangan tekanan parsial oksigen, yang berdampak negatif pada output daya yang dapat kita pertahankan melalui metabolisme aerob. Kehilangan kekuatan itu bisa sebanyak 20% atau lebih tergantung pada seberapa tinggi kita pergi, dan respon individu kita terhadap ketinggian.
Ada beberapa makalah yang diterbitkan yang meneliti dampak ketinggian pada kinerja atletik aerobik dan dari rumus-rumus ini untuk memperkirakan hilangnya daya sebagai fungsi ketinggian telah dikembangkan. Ada satu dari makalah 1989 oleh Peronnet et al, dua dari makalah 1999 oleh Bassett et al, masing-masing untuk atlet beraklimasi dan tidak beraklimasi. Selain itu, saya telah menghasilkan formula keempat, berdasarkan penelitian 2007 oleh Clark et al. Makalah yang relevan adalah:
Peronnet et al menggunakan data empiris dari catatan jam bersepeda dunia yang sebenarnya untuk memperkirakan dampak ketinggian pada output daya pengendara sepeda elit. Asumsi yang digunakan dalam mengestimasi kehilangan daya yang diinduksi ketinggian mungkin memiliki beberapa kesalahan; khususnya karena metode yang digunakan untuk memperkirakan daya untuk setiap pengendara karena baik daya maupun koefisien hambatan aerodinamik tidak benar-benar diukur.
Menurut item FAQ forum Wattage lama oleh Dr David Bassett, Jr, dua formula Bassett dkk berasal dari makalah sebelumnya yang meneliti dampak ketinggian pada kinerja aerobik dari empat kelompok pelari yang sangat terlatih atau elit. Jadi sementara formula ini tidak berasal dari pengendara sepeda kita masih bisa menggeneralisasi dari mereka ke hilangnya kapasitas aerobik untuk pengendara sepeda.
Akhirnya, studi oleh Clark et al mengukur dampak pada pemanfaatan oksigen puncak (VO2), efisiensi kotor dan output daya bersepeda pada sepuluh pengendara sepeda terlatih dan non-ketinggian yang terakreditasi dan triathletes dengan menguji pengendara di ketinggian simulasi 200, 1200, 2200 dan 3.200 meter. Mereka memeriksa sejumlah faktor, termasuk output daya 5 menit maksimal, VO2 dan efisiensi kotor relatif terhadap kinerja pada 200 meter, serta VO2 sub-maksimal dan efisiensi kotor.
Saya menggunakan data ini untuk menghasilkan formula yang mirip dengan yang dari Peronnet et al dan Bassett et al (yang membentuk angka-angka dalam tabel yang tercantum dalam salah satu jawaban lain). Tentu saja ada asumsi pengurangan setara dalam daya 1 jam seperti daya 5 menit. Clark et al mencatat pengurangan yang sedikit lebih besar pada puncak VO2 daripada untuk daya maksimal 5 menit, dan tidak ada perubahan dalam efisiensi kotor pada daya maksimum 5-menit dengan ketinggian. Jadi ada beberapa kontribusi metabolisme anaerob yang mungkin membuat perbedaan. Ada beberapa kehilangan efisiensi sub-maksimal yang dicatat pada simulasi 3.200 meter.
Saya memilih dalam contoh ini untuk menggunakan pengurangan daya 5 menit daripada jatuh pada puncak VO2 sebagai data dasar untuk rumus, dan menerapkan penyesuaian untuk mengimbangi rumus untuk kesetaraan permukaan laut agar sejalan dengan rumus dengan Peronnet et al dan Bassett et al. Tentu saja ketika Anda melihat data yang dilaporkan, tentu saja terdapat variasi yang cukup besar di dalam kelompok uji pada setiap ketinggian simulasi, sehingga rumus didasarkan pada rata-rata grup untuk setiap ketinggian simulasi.
Berikut adalah rumus-rumusnya:
x = kilometer di atas permukaan laut:
Peronnet et al:
Proporsi daya permukaan laut = -0.003x ^ 3 + 0.0081x ^ 2 - 0.0381x +1
Atlet yang diaklimatisasi oleh Bassett et al Altitude (beberapa minggu di ketinggian): Proporsi daya permukaan laut = -0,0112 x ^ 2 - 0,0190x +1 R ^ 2 = 0,973
Atlet Bassett et al Non-aklimatisasi (ketinggian 1-7 hari): Proporsi daya permukaan laut = 0,00178x ^ 3 - 0,0143x ^ 2 - 0,0407x + 1 R ^ 2 = 0,974
Formula Simmons berdasarkan Clark et al: Proporsi daya permukaan laut = -0.0092x ^ 2 - 0,0323x + 1 R ^ 2 = 0,993
dan dalam bentuk grafik mereka terlihat sebagai berikut:
Sekarang perlu diingat bahwa ini adalah rata-rata untuk sampel yang digunakan dalam setiap penelitian dan variasi individu ada, sehingga dampaknya bagi setiap individu akan berada dalam kisaran ini tetapi bisa lebih atau kurang.
Dampak fisika
Sekarang tentu saja dari perspektif kinerja, Anda kehilangan output daya dengan meningkatnya ketinggian, namun ada keuntungan kinerja karena kepadatan udara yang lebih rendah berarti Anda dapat melakukan perjalanan dengan kecepatan lebih tinggi untuk output daya yang sama (dan aerodinamika).
Fisika cukup mudah dan tidak seperti dampak fisiologis itu berlaku sama untuk semua orang. Sebagai contoh saya meneliti pengaruh ketinggian pada fisika catatan jam dunia bersepeda, dan menunjukkan bagaimana pengurangan kepadatan udara ketika ketinggian meningkat berarti seseorang dapat melakukan perjalanan lebih cepat untuk output daya yang sama, atau dengan kata lain, permintaan daya berkurang kecepatan yang diberikan saat ketinggian meningkat.
Yang menghasilkan grafik ini, yang menunjukkan hubungan kekuasaan dengan rasio drag aerodinamis (W / m ^ 2) dan ketinggian untuk kecepatan mulai dari 47km / jam hingga rekor Chris Boardman 56.375km / jam.
Intinya, ketika ketinggian meningkat, rasio daya terhadap aerodinamis berkurang untuk kecepatan yang sama.
Dampak bersih dari dampak fisiologis dan fisika
Nah ketika kita menggabungkan keduanya, inilah hasilnya:
Ini seharusnya cukup mudah untuk ditafsirkan, tetapi meskipun demikian saya akan memberikan beberapa penjelasan.
Sumbu horizontal adalah ketinggian dan garis-garis vertikal gelap mewakili ketinggian berbagai trek di seluruh dunia.
Sumbu vertikal adalah proporsi kecepatan permukaan laut yang dapat dicapai.
Garis-garis berwarna melengkung mewakili dampak gabungan dari pengurangan daya menggunakan masing-masing formula yang disorot di atas, dikombinasikan dengan pengurangan kepadatan udara memungkinkan kecepatan yang lebih besar untuk daya yang sama.
Jadi misalnya, jika kita melihat garis hijau (Basset et al acclimated), ini menunjukkan bahwa ketika seorang pengendara sepeda meningkatkan ketinggian, mereka mampu mempertahankan kecepatan yang lebih tinggi hingga sekitar 2.900 meter, dan setiap peningkatan lebih lanjut pada ketinggian menunjukkan penurunan dalam kecepatan yang dapat dicapai, karena kehilangan daya mulai lebih besar daripada pengurangan kepadatan udara.
Jalur di Aigle Switerland mewakili sekitar kenaikan kecepatan 1% dari London, sementara mengendarai di Aguascalientes akan menghasilkan kenaikan kecepatan antara 2,5% hingga 4%. Pergilah ke Mexico City dan Anda mungkin akan mendapatkan sedikit lebih banyak, tetapi seperti yang ditunjukkan grafik, kurva mulai mendatar, sehingga risiko dan hadiah menyeimbangkan lebih banyak tips menuju ujung spektrum yang lebih berisiko.
Oleh karena itu ketinggian mewakili kasus keuntungan yang baik tetapi pengembalian menurun karena udara semakin langka. Begitu Anda berjalan di atas 2.000 meter, peningkatan kecepatan mulai berkurang, dan akhirnya mereka mulai berkurang, artinya ada ketinggian "sweet spot".
Peringatan, dan ada beberapa tetapi yang paling penting adalah:
ketinggian sweet spot setiap individu akan tergantung pada respons individu mereka terhadap ketinggian
garis diplot mewakili rata-rata untuk kelompok atletik yang diteliti;
rumus yang digunakan memiliki domain validitas terbatas, sedangkan garis yang diplot melampaui itu;
ini bukan satu-satunya faktor kinerja yang perlu dipertimbangkan, tetapi dua yang paling penting.
Saya menduga bahwa penurunan kinerja dengan ketinggian mungkin terjadi sedikit lebih tajam bagi banyak orang daripada yang disarankan di sini. Namun demikian, prinsip yang sama berlaku bahkan jika respons pribadi Anda terhadap ketinggian ada di ujung bawah kisaran, dan sulit untuk membayangkan mengapa ada orang yang menyarankan bahwa menuju setidaknya jalur ketinggian sedang adalah ide yang buruk dari perspektif kinerja.
Jika Anda ingin membaca lebih banyak, saya membahas masalah ini dalam tiga item blog di sini:
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
Bagan berikut dapat ditemukan di artikel menarik di Pelatihan Peaks blog . Dari ini, Anda harus dapat menyesuaikan tingkat daya Anda sesuai.
Daya turun saat ketinggian meningkat. Tetapi offset adalah penurunan kepadatan udara secara paralel (ke suatu titik). Dan inilah alasan mengapa banyak catatan jam telah dicoba pada ketinggian. Optimalnya ternyata 3500m. Dimana peningkatan kecepatan melebihi kerugian pada kekuatan. Karenanya popularitas velodromes di La Paz (Bolivia) pada 3400m dan velodrome Mexico City pada 2230m.
B / r dengan gagasan tekanan ban dan rolling resistance - ada artikel baru-baru ini yang menyanggah mitos tentang tekanan ban tinggi - yang menyatakan hilangnya energi yang diciptakan oleh getaran tekanan ban tinggi berarti tekanan ban yang lebih rendah sebenarnya lebih cepat dari "normal" "permukaan jalan.