Beeinflusst das Übersetzungsverhältnis die Leistung?

Ich vermute, Sie meinen eher Effizienz als Leistung.

Meiner Meinung nach besteht der Hauptkompromiß zwischen erhöhten biomechanischen Verlusten bei höheren Drehzahlen (im Grunde Muskelreibung) und verringertem Blutfluss bei höheren Kräften bei niedrigeren Drehzahlen. Die Balance hängt sowohl vom Fahrer als auch von der Dauer ab.

Im IHPVA Journal of Human Power, Ausgabe 45 (pdf, Index hier ) ist ein Artikel mit dem Titel Maximum Human Power, in dem über Tyler Hamilton gesprochen wird, der die Besteigung des Mt. Washington in 51 Minuten gewonnen hat:

"Er fuhr jedoch einen Großteil des Aufstiegs mit dem 23-Zahn-Zahnrad und machte mehrere Stöße mit dem 21." Wenn er 700-mm-Räder gehabt hätte, was wahrscheinlich ist, hätte seine durchschnittliche Trittfrequenz 63 U / min betragen.

Es lohnt sich, den ganzen Artikel zu lesen, und es könnte sich lohnen, den Index nach ähnlichen Artikeln zu durchsuchen.

Die Kehrseite ist, dass Top-Sprinter im Endspurt oft deutlich über 150 U/min fahren. An diesem Punkt tauschen sie biomechanische Effizienz gegen Spitzenleistung. Früher erreichte ich Spitzenwerte von über 900 W für 10 Sekunden (> 8 W/kg) bei etwa 130 U/min, aber meine Stundenleistung von etwa 350 W verwendete eine Trittfrequenz von etwa 80-90 U/min.

Die wirkliche Antwort ist spezifisch für Sie. Dies hängt von Ihrer Körperform, Ihrem Muskeltyp, Ihrer Fitness und anderen vorübergehenden Faktoren ab. Es ist auch eine Frage, die am besten durch Experimente beantwortet wird, und sollte Teil Ihres Trainingsplans sein, wenn Sie an Wettkämpfen teilnehmen. Wenn nicht, schlage ich vor, einen Anstieg zu finden, den du regelmäßig fährst, und ein Trainingstagebuch zu führen .

Es wurde auch viel über die Flüssigkeitszufuhr für lange Anstiege diskutiert. Ist es besser zu trinken und schwerer zu beginnen oder leicht dehydriert zu laufen, damit Sie weniger wiegen? IIRC war die Schlussfolgerung, dass die Flüssigkeitszufuhr besser war, aber ich kann die Referenz nicht finden.

Beeinflusst Ihr Getriebe bei gleichem Fahrer, gleichem Fahrradgewicht und gleicher Aufstiegszeit die Leistung? Gehen Sie auch davon aus, dass der Aufstieg effizient ist, keine rutschenden Reifen, normales Treten usw.

Nun, das hängt davon ab, welche "Leistung" Sie messen :-).

Offensichtlich ist die vom Fahrrad als Ganzes ausgeübte Kraft dieselbe - wenn es sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt, ist es die gleiche Kraft.

Die Kraft, die Ihr Körper ausübt, kann jedoch aus verschiedenen Gründen unterschiedlich sein:

• Muskeln haben wahrscheinlich ein Geschwindigkeits- und Kraftniveau, bei dem sie am effizientesten sind, sodass die chemische Energie/Kraft, die Ihr Körper aufbringen muss, um Muskelbewegungen zu erzeugen, unterschiedlich sein wird.
• Die verschiedenen Energieverlustvorgänge durch Walkarbeit, Reibung etc. werden wahrscheinlich je nach Verzahnung unterschiedlich sein. ZB in niedrigeren Gängen läuft die Kette schneller (also mehr Reibung), andererseits ist die Kettenspannung geringer, was wahrscheinlich die Reibung verringert. Außerdem wird in niedrigeren Gängen die Biegung des Rahmens als Reaktion auf Kettenkräfte wahrscheinlich geringer sein.

Mein Eindruck ist (obwohl ich keine Quellen habe, die mich unterstützen), dass das menschliche System im Allgemeinen bei Trittfrequenzen um 90-100 U / min am leistungseffizientesten ist (dh das beste Verhältnis von Pedalkraft zu Anstrengung), also sollte das ein Radfahrer sein anstreben.

Interessanterweise ist die beste Kadenz für maximale Leistung anscheinend viel niedriger, weshalb Radprofis für Sprints hohe Gänge und niedrige Kadenzen verwenden - dies ist jedoch viel ermüdender als höhere Kadenzen und daher auf langen Strecken ineffizient.

Vielleicht ist es der Unterschied zwischen, wie nennt man das, „isotonischer“ und „ isometrischer “ Arbeit?

Was ich meine ist, dass zum Beispiel ein Mensch viel Anstrengung (Kraft, Kraft oder Arbeit) braucht, um zu versuchen, ein unbewegliches Objekt zu bewegen: gegen eine Wand oder so etwas zu drücken.

In einem zu hohen Gang schieben Sie und schieben und fahren nirgendwohin (viel Kraft, um nirgendwohin zu gehen => 0% Effizienz).

In einem zu niedrigen Gang ist es zu einfach: Sie drehen gegen keinen Widerstand; Ihre Spinrate ist auf ca. 120 U/min begrenzt, dh kann nicht unendlich steigen; Daher (geringe Kraft und begrenzte Drehzahl) ist die Leistung, die Sie abgeben, begrenzt (sie ist geringer als Ihre theoretische maximale Leistung).

Möglicherweise gibt es eine effiziente " Trittfrequenz " (vielleicht 90 U / min), die Sie auf jedem Gelände (aufwärts, abwärts, eben) verwenden möchten, und das Richtige (die richtige Art, Ihre Gänge zu verwenden) besteht darin, das Getriebe kontinuierlich anzupassen für die Gelände, um: a) eine konstante, effiziente Trittfrequenz aufrechtzuerhalten (z. B. 90 U/min); b) Halten Sie bei dieser Trittfrequenz eine ausreichend hohe Kraft-/Leistungsabgabe aufrecht (z. B. wenn es zu einfach erscheint, dann schalten Sie in einen höheren Gang, oder wenn es zu schwierig ist, schalten Sie in einen niedrigeren Gang, um die Trittfrequenz beizubehalten).

Natürlich wirkt sich das Übersetzungsverhältnis auf die "potenzielle" Leistung aus, die Sie erzeugen können. Erwägen Sie eine maximale Muskelanstrengung, um einen steilen Hügel hinaufzugehen. Unter Vernachlässigung der Kettenreibung und anderer sekundärer Effekte fahren Sie den Hügel am schnellsten mit der höchsten Kraft, die Ihre Muskeln erzeugen können. Beachten Sie, dass Leistung = kx Drehmoment x Trittfrequenz ist (wobei k a nur eine Konstante ist, die die Leistungseinheiten (Watt, PS usw.) bestimmt). Angenommen, Sie fahren in einem zu hohen Gang, sodass Sie sich nicht vorwärts bewegen können Hügel (Ihre Trittfrequenz ist 0). Bei 0 Trittfrequenz ist Ihr Drehmoment maximal und Ihre Leistung ist 0. Wenn Sie Ihre Trittfrequenz erhöhen (indem Sie Ihr Übersetzungsverhältnis verringern), nimmt Ihr Drehmoment ab. Das Produkt aus Drehmoment und Trittfrequenz (die proportional zur Leistung ist) erhöht sich. Wenn Sie Ihre Trittfrequenz weiter erhöhen, indem Sie Ihr Übersetzungsverhältnis verringern, erreichen Sie schließlich die energetisch optimale Trittfrequenz (EOC). Beim EOC ist die Kraft, die deine Muskeln aufbringen können, maximal. Eine Erhöhung der Trittfrequenz über EOC reduziert Ihre maximale potenzielle Leistung.

Fazit: Wählen Sie das Übersetzungsverhältnis, mit dem Sie so nah wie möglich am EOC drehen können. Bei dieser Trittfrequenz erklimmen Sie den steilen Hügel am schnellsten.

Hinweis: Die Leistungs-/Trittfrequenzkurve sieht aus wie eine auf dem Kopf stehende Parabel. Es ist ein direktes Ergebnis der Arbeit von Archibald Vivian Hill, der für seine Arbeiten zu diesem und vielen anderen Themen der Biophysik den Nobelpreis erhielt. Beachten Sie auch, dass die maximale Ausdauer wahrscheinlich bei einer Kadenz unter EOC auftritt.

Nach meinem Verständnis sollte es nicht. Die einfachste Erklärung ist, dass die Ausgangsleistung gleich der Leistung mal Effizienz ist (Effizienz ist der Energieverlust aufgrund von Reibung, Luftwiderstand, Rollwiderstand, Wärme usw.). Das Wechseln der Gänge ändert weder die Leistung (dieser Teil liegt ganz bei Ihnen) noch die mechanische Effizienz. Daher ändert sich die Ausgangsleistung nicht.

Etwas tiefer ist Leistung die Gesamtarbeit, die über die Gesamtzeit geleistet wird ( P_avg = ΔW/Δt). In diesem Fall betrachten wir es über identische Zeiträume, ist also Δtkonstant. In einem Rotationskontext Wist das ausgeübte Drehmoment (Rotationskraft) multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit (Rotationsgeschwindigkeit) oder W = τθ. Ein Getriebe ändert nur das Verhältnis zwischen Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit, während es eine konstante Arbeitsleistung beibehält. Mit anderen Worten, das Schalten in einen höheren Gang erfordert möglicherweise doppelt so viel Drehmoment, aber die Pedale drehen sich nur halb so schnell. In einem niedrigeren Gang können Sie möglicherweise doppelt so schnell drehen, aber Sie verwenden das halbe Drehmoment. Da die Arbeitsleistung gleich ist, ist auch die Leistungsabgabe gleich.

Wie wirkt sich das auf die Radgeschwindigkeit aus? Nun, das gleiche W = τθwirkt sich auch auf Ihre Räder aus, aber umgekehrt (Ihre Räder sehen es umgekehrt: Stellen Sie sich vor, Sie würden auf Ihrem Zahnrad treten und die Räder wären am Tretlager befestigt). Ein niedrigerer Gang bringt mehr Drehmoment auf die Räder (ermöglicht eine hohe Beschleunigung), hat aber eine entsprechend niedrige Winkelgeschwindigkeit (Drehzahl). Ein höherer Gang bringt nicht viel Drehmoment auf die Räder (weshalb es so schwer zu beschleunigen ist), lässt sie aber wie verrückt durchdrehen. Wenn Sie also im Idealfall einen möglichst hohen Gang einlegen, erhalten Sie die größte Geschwindigkeit.

Hier kommt jedoch der menschliche Körper ins Spiel. Wir haben zwei komplementäre Systeme zur Energieerzeugung: das Herz-Kreislauf-System, das weniger Energie produziert, aber für sehr lange Zeit, und das Muskelsystem, das sich durch die Produktion hoher Energie auszeichnet, aber nur für kurze Zeit. Wenn Sie nicht sprinten, möchten Sie idealerweise, dass beide Systeme so viel Leistung produzieren, wie sie aufrechterhalten können. Die Summe dieser Leistung (abzüglich Effizienzverluste) ist Ihre Gesamtleistung, und die Höhenänderung, der Rollwiderstand und Ihre Aerodynamik bestimmen, welcher Anteil dieser Leistung letztendlich für das Drehmoment im Verhältnis zur Distanz (und damit für Ihr Übersetzungsverhältnis) verwendet wird. .

Ich hoffe, das hilft.

Hier spielen mehrere Faktoren eine Rolle, daher ist die Antwort nicht einfach. Erstens, wie Leon bemerkte, bekommen Sie keine Kraft auf die Räder, wenn das Getriebe so hart ist, dass Sie sich nicht bewegen können. Und Sie bekommen verschwindend wenig Kraft auf die Räder, wenn das Übersetzungsverhältnis so einfach ist, dass Sie mit 200 U / min drehen.

Aber noch wichtiger ist, dass die DURCHSCHNITTLICHE Leistung über einen bestimmten Zeitraum stark von den Details der Muskelarbeit abhängt. In erster Linie gibt es AEROBIC vs. ANAEROBIC-Übungen. Bei einem durchschnittlichen Fahrer mit normalem Blutzucker ist jede Fahrt über etwa 80 U/min weitgehend aerob, und jede (halbwegs herausfordernde) Fahrt unter etwa 60 U/min hat ein großes anaerobes Stück. Aerobes Training verbrennt Blutzucker, aber anaerobes Training verbrennt Glykogen, das in den Muskeln gespeichert ist.

Für kurze Zeiträume (wie kurz, hängt davon ab, wie intensiv die Übung ist und wie viel Blutfluss vorhanden ist) können gesunde Muskeln Glykogen etwa so effizient verbrennen wie Blutzucker, aber die in den Muskeln gespeicherte Glykogenmenge reicht nur für vielleicht 15-30 Minuten hochintensives Training (mit einem Training, das speziell auf die Erhöhung der Glykogenspeicher des Körpers ausgerichtet ist, kann dies jedoch auf mehrere Stunden erhöht werden).

Daher erschöpft das Fahren in einem "schwierigen" Gang, der eine niedrige Drehzahl erzeugt, schneller das Muskelglykogen und führt zu einer schnelleren Ermüdung. Und natürlich sinkt Ihre Leistungsabgabe, wenn Sie ermüden. (Und natürlich führt das Fahren mit einem zu "leichten" Gang zu übermäßig hohen Drehzahlen, und die "optimale" Drehzahl des durchschnittlichen Fahrers liegt im Allgemeinen unter 100.) Dazwischen wägen Sie einen bescheidenen Glykogenverbrauch gegen eine etwas erhöhte Muskelkraft ab Sie kann durch die Aktivierung der "langsam zuckenden" Muskeln und einiger anderer Faktoren erreicht werden. (Denken Sie daran, dass Sie das Glykogen für kurze Situationen mit hohem Bedarf benötigen, z. B. das Erklimmen eines kurzen, steilen Hügels ohne Herunterschalten. Sie können Ihre Muskeln unter bestimmten Umständen tatsächlich verletzen, wenn das Glykogen vollständig erschöpft ist.)

(Und es ist auch zu bedenken, dass man bei anfälligen Personen Knieverletzungen verursachen kann, wenn man ständig einen zu schwierigen Gang verwendet.)

Nein, Getriebe- und Verstärkungsverhältnisse haben keinen Einfluss auf die Leistung. Sie gehen zwar richtig davon aus, dass es sich für den Fahrer anders anfühlen würde, aber wenn die anderen drei Variablen gleich sind, ist die Leistungsrate gleich. In diesem Fall würde bei einer „leichteren“ Übersetzung die Trittfrequenz deutlich erhöht werden müssen, um die gleiche Steigzeit (Geschwindigkeit) beizubehalten, und wenn der Fahrer identisch ist, dann ist die Arbeitsleistung identisch. Die Erhöhung der Tretgeschwindigkeit gleicht den Unterschied im Wattaufwand gegenüber dem „härteren“ Gang bei geringerer Trittfrequenz aus.