Bli en bättre cyklist
–genom vetenskaplig träning och bättre utrustning
Dan Kuylenstierna
CHALMERS
Hur fort kan man cykla?
Bromsande krafter
som verkar på cykeln
Hur stor effekt (watt) som tillförs cykeln
‐Luftmotstånd
‐ Gravitation ‐Friktion
‐Syreupptagning
‐Mjölksyratålighet
‐Explosivitet
Systemets verkningsgrad
Hur stor del av effekten bidrar till framdrift av cykeln Hur fort kan man cykla?
Gravitation (vägens lutning)
‐Vilka krafter verkar på cykeln
mg
Summering av krafter
2
(+mgµ)
Friktion
Rullfriktion låg, i princip försumbart
Luftmotstånd
(cykelns hastighet och vind)
1
2
Vid konstant fart balanseras de bromsande krafterna av den kraft cyklisten applicerar till pedalerna
Vad är effekt (watt)?
Effekt=Arbete/tidsenhet =kraft × hastighet
2
2
Linjär relation mellan effekt och
hastighet
= konst×
Dubbelt så hög effekt (watt) resulterar i dubbelt så hög hastighet
Kubisk relation mellan effekt och hastighet
= konst×
Därför avgörs cykeltävlingar ofta uppför!
Dubbelt så hög hastighet kräver att effekten ökar åtta gånger
Hastighet som funktion av effekt ‐platt och vindstilla i tempoposition
60
60
>490W
380W
270W
50
Hastighet (km/h)
50
40
Hastighet (km/h)
50km/h
45km/h
40km/h
30
20
40
30
20
medvind (5m/s)
vindstilla
motvind (5m/s)
10
0
10
0
100
200
300
400
500
Effekt (watt)
0
0
100
200
Effekt (watt)
300
400
500
Tid på 30 km tempolopp med vändpunkt som funktion av vindhastighet, vid 400 W
30 km tempolopp
55
flat
•
Tid (min)
50
45
40
35
0
2
4
6
vindhastighet (m/s)
8
10
Man får aldrig helt tillbaks i medvind det man förlorar i motvind
Tid på 30 km tempolopp med vändpunkt som funktion av vindhastighet, vid 400 W
30 km tempolopp
55
flat
2km up, 11km flat, 2km down
Tid (min)
50
45
40
35
0
2
4
6
vindhastighet (m/s)
8
10
•
Man får aldrig helt tillbaks i medvind det man förlorar i motvind
Tid på 30 km tempolopp med vändpunkt som funktion av vindhastighet, vid 400 W
30 km tempolopp
55
flat
2km up, 11km flat, 2km down
•
Man får aldrig helt tillbaks i medvind det man förlorar i motvind
•
Inte heller får man helt tillbaks utför det man tappar uppför
Tid (min)
50
45
40
35
0
2
4
6
vindhastighet (m/s)
8
10
Intro sammanfattning
• Konstant medeleffekt inte optimalt om man vill minimera energiåtgång
Ingenjörer älskar optimeringsproblem
Kunskap inom ‐aerodynamik ‐hållfasthetslära ‐sensorteknologi kan användas för analys
Optimeringsproblem
Med rätt indata kan vi räkna ut det optimala sättet att fördela sina krafter under ett cykellopp
Behov av
‐användardata ‐fältkunskap
‐kunskaper inom Fysiologi • Därför arrangerar vi ett seminarium om cykel på Chalmers!
Beräkningsmodell och indata
2
Vikt (cykel+cyklist): m ≈77 kg
Vägens lutning (procent): a
Tyngdacceleration: 9.81 m/s2
Luftens densitet: =1.2 kg/m3
(havsnivå)
Drag coefficient Cd≈0.8
(konstant)
Effektiv tvärsnittsyta A
(beror på sittställning) Landsvägscykel: CdA ≈0.39 m2
Tempocykel: CdA ≈0.31 m2
Nyckeltal: W/kg
Kan mätas i vindtunnel
Med denna data kan vi beräkna kraften som funktion av cykelns
hastighet och vägens lutning
Nyckeltal: W/Cd