Ausgangsleistung bei unterschiedlichen Luftdichten

Faktoren, die die Luftdichte beeinflussen, sind: Höhe, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck. Rechner: http://barani.biz/apps/air-density/

Wie wirkt sich das Fahren mit unterschiedlichen Luftdichten auf Leistung und Geschwindigkeit aus?

Kommen wir nur auf diese Frage zurück, da es einige Überlegungen gibt.

Das OP erwähnte nur den (barometrischen) Luftdruck und nicht unbedingt die Höhe. Ich beginne nur mit dem Luftdruck und komme auf den Höheneinfluss zurück.

Typische Luftdruckschwankungen in derselben Höhe und damit der Einfluss auf den Sauerstoffpartialdruck (O2) sind nicht so groß, dass sie sich auf die Fähigkeit zur Stromerzeugung auswirken. Sie reichen jedoch aus, um die Geschwindigkeit zu beeinflussen, die man für a erreichen kann gegebene Ausgangsleistung. Es mag im allgemeinen Fahren in der Stadt nicht allzu auffällig sein, aber Zeitfahrer können je nach Luftdruck schnellere oder langsamere Zeiten erreichen.

Eine Änderung des Luftdrucks um 10% in derselben Höhe wird nicht auftreten. zB beträgt der Unterschied zwischen einem Tag mit sehr niedrigem Druck (z. B. einem Zyklon der Kategorie 2 bis 3 mit zentraler Niederdruckzone bei 970 hPa) und einem sehr hohen Druck (z. B. einem feinen Tag bei 1030 hPa) nur 6%.

Da es unwahrscheinlich ist, dass Sie in einem Hurrikan oder Zyklon fahren, betragen die Luftdruckschwankungen für Bedingungen, unter denen Sie tatsächlich fahren, in der Regel nur einige Prozent. Trotzdem kann für einen Zeitfahrrennfahrer auf einer Strecke von 40 km der Unterschied in der Luftdichte zwischen Nieder- und Hochdrucktagen zu einem Zeitunterschied von 30 Sekunden auf der Strecke führen, wenn alle anderen Dinge gleich sind.

Die Luftdichte kann allein aufgrund von Änderungen des Luftdrucks um mehr als das variieren. Die Luftdichte ist in erster Linie eine Funktion des Luftdrucks, der Lufttemperatur und der Höhe.

Die Luftdichte nimmt mit zunehmendem Luftdruck zu und mit steigender Temperatur und Höhe ab. Die Luftfeuchtigkeit hat einen sehr geringen (vernachlässigbaren) Einfluss auf die Luftdichte. Der Vollständigkeit halber verringert eine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit die Luftdichte ein wenig.

Einfluss der Höhe auf die Leistung

Wenn wir den Einfluss der Höhe auf die Fahrradleistung berücksichtigen, gibt es, wie andere gesagt haben, zwei Hauptfaktoren:

ich. die physiologischen Auswirkungen auf Ihre Fähigkeit, nachhaltigen Strom zu erzeugen, wenn der Partialdruck von O2 mit zunehmender Höhe abnimmt, und

ii. Die Auswirkungen auf die Physik nehmen mit abnehmender Luftdichte ab, was bedeutet, dass bei gleicher Leistung eine höhere Geschwindigkeit erreicht werden kann (ceteris paribus).

Die physiologischen Auswirkungen

Wenn wir in höhere Lagen aufsteigen und die Luftdichte sinkt, bedeutet die "dünnere" Luft eine Verringerung des Sauerstoffpartialdrucks, was sich negativ auf die Leistung auswirkt, die wir über den aeroben Stoffwechsel aufrechterhalten können. Dieser Leistungsverlust kann bis zu 20% oder mehr betragen, je nachdem, wie hoch wir gehen und wie individuell wir auf die Höhe reagieren.

Es wurden einige Veröffentlichungen veröffentlicht, in denen der Einfluss der Höhe auf die aerobe sportliche Leistung untersucht wurde. Aus diesen Formeln zur Abschätzung des Leistungsverlusts als Funktion der Höhe wurden entwickelt. Es gab eine aus der Arbeit von Peronnet et al. Von 1989, zwei aus der Arbeit von Bassett et al. Von 1999, jeweils eine für akklimatisierte und nicht akklimatisierte Sportler. Zusätzlich habe ich eine vierte Formel generiert, die auf der Studie von Clark et al. Aus dem Jahr 2007 basiert. Die relevanten Papiere sind:

Péronnet F, Bouissou P, Perrault H, Ricci J.: Ein Vergleich der Zeitaufzeichnungen der Radfahrer nach Höhe und verwendeten Materialien.

Bassett DR Jr., Kyle CR, Passfield L., Broker JP, Burke ER.: Vergleich der Weltrekorde im Radsport, 1967-1996: Modellierung mit empirischen Daten.

Clark SA, Bourdon PC, Schmidt W., Singh B., Cable G., Onus K. J., Woolford SM, Stanef T., Gore C. J., Aughey RJ.: Die Auswirkung einer akuten simulierten moderaten Höhe auf Leistung, Leistung und Stimulationsstrategien bei gut trainierten Radfahrern .

Peronnet et al. Verwendeten empirische Daten aus tatsächlichen Aufzeichnungen der Weltradfahrstunden, um den Einfluss der Höhe auf die Leistung eines Elite-Radfahrers abzuschätzen. Die Annahmen, die bei der Schätzung des höheninduzierten Leistungsverlusts verwendet werden, können einen Fehler aufweisen. insbesondere aufgrund von Methoden zur Schätzung der Leistung für jeden Fahrer, da weder die Leistung noch der Koeffizient des Luftwiderstands tatsächlich gemessen wurden.

Gemäß dem alten FAQ-Artikel des Wattage-Forums von Dr. David Bassett, Jr., wurden die beiden Formeln von Bassett et al. Aus früheren Veröffentlichungen abgeleitet, in denen der Einfluss der Höhe auf die aerobe Leistung von vier Gruppen hochtrainierter oder Elite-Läufer untersucht wurde. Obwohl diese Formeln nicht von Radfahrern abgeleitet wurden, können wir sie dennoch auf den Verlust der aeroben Kapazität für Radfahrer verallgemeinern.

Schließlich wurden in der Studie von Clark et al. Die Auswirkungen auf die maximale Sauerstoffnutzung (VO2), den Bruttowirkungsgrad und die Leistung beim Radfahren von zehn gut trainierten, aber nicht in der Höhe akklimatisierten Radfahrern und Triathleten gemessen, indem Fahrer in simulierten Höhen von 200, 1200, 2200 und getestet wurden 3200 Meter. Sie untersuchten eine Reihe von Faktoren, darunter die maximale Leistung von 5 Minuten, VO2 und den Bruttowirkungsgrad im Verhältnis zur Leistung bei 200 Metern sowie den submaximalen VO2- und Bruttowirkungsgrad.

Ich habe diese Daten verwendet, um eine Formel zu generieren, die der von Peronnet et al. Und Bassett et al. Ähnlich ist (die die Zahlen in der Tabelle bilden, die in einer der anderen Antworten aufgeführt sind). Natürlich wird von einer äquivalenten Reduzierung der 1-Stunden-Leistung wie bei der 5-Minuten-Leistung ausgegangen. Clark et al. Stellten eine geringfügig stärkere Verringerung des VO2-Peaks als bei einer maximalen Leistung von 5 Minuten und keine Änderung des Bruttowirkungsgrads bei einer maximalen Leistung von 5 Minuten mit der Höhe fest. Es gibt also einen anaeroben Stoffwechselbeitrag, der vermutlich den Unterschied ausmacht. Bei simulierten 3200 Metern wurde ein gewisser Verlust an submaximaler Effizienz festgestellt.

In diesem Fall habe ich mich dafür entschieden, die Reduzierung der 5-Minuten-Leistung anstelle des Abfalls des VO2-Peaks als Basisdaten für die Formel zu verwenden, und eine Anpassung vorgenommen, um die Formel für die Meeresspiegeläquivalenz zu versetzen, um sie mit der Formel in Einklang zu bringen Peronnet et al. Und Bassett et al. Wenn Sie sich die gemeldeten Daten ansehen, gibt es natürlich erhebliche Abweichungen innerhalb der Testgruppe bei jeder simulierten Höhe, sodass die Formel auf Gruppenmittelwerten für jede simulierte Höhe basiert.

Hier sind die Formeln:

x = Kilometer über dem Meeresspiegel:

Peronnet et al.:
Anteil der Meeresspiegelleistung = -0,003x ^ 3 + 0,0081x ^ 2 - 0,0381x + 1

Bassett et al. Höhenakklimatisierte Athleten (mehrere Wochen in der Höhe): Anteil der Meeresspiegelleistung = -0,0112 x ^ 2 - 0,0190x + 1 R ^ 2 = 0,973

Bassett et al. Nicht höhenakklimatisierte Athleten (1-7 Tage in der Höhe): Anteil der Meeresspiegelleistung = 0,00178x ^ 3 - 0,0143x ^ 2 - 0,0407x + 1 R ^ 2 = 0,974

Simmons 'Formel basierend auf Clark et al.: Anteil der Meeresspiegelleistung = -0,0092x ^ 2 - 0,0323x + 1 R ^ 2 = 0,993

und in Diagrammform sehen sie wie folgt aus:

Denken Sie nun daran, dass dies Durchschnittswerte für die in jeder Studie verwendeten Stichproben sind und individuelle Variationen existieren, sodass die Auswirkungen auf jedes Individuum in diesem Bereich liegen, aber mehr oder weniger sein können.

Die Auswirkungen auf die Physik

Aus Sicht der Leistung verlieren Sie natürlich mit zunehmender Höhe an Leistung. Es gibt jedoch einen Leistungsgewinn, da Sie aufgrund der geringeren Luftdichte bei gleicher Leistung (und Aerodynamik) mit einer höheren Geschwindigkeit fahren können.

Die Physik ist ziemlich einfach und gilt im Gegensatz zu den physiologischen Auswirkungen für alle gleichermaßen. Als Beispiel habe ich den Einfluss der Höhe auf die Physik des Weltstundenrekords des Radsports untersucht und gezeigt, wie die Verringerung der Luftdichte mit zunehmender Höhe bedeutet, dass man bei gleicher Leistung schneller fahren kann oder anders ausgedrückt, der Leistungsbedarf sinkt bei jede gegebene Geschwindigkeit mit zunehmender Höhe.

Das Ergebnis war diese Tabelle, die das Verhältnis von Leistung zu Luftwiderstandsverhältnis (W / m ^ 2) und Höhe für Geschwindigkeiten von 47 km / h bis zu Chris Boardmans Rekord von 56,375 km / h zeigt.

Im Wesentlichen verringert sich mit zunehmender Höhe das Verhältnis von Leistung zu Luftwiderstand bei gleicher Geschwindigkeit.

Die Nettoauswirkungen sowohl der physiologischen als auch der physikalischen Auswirkungen

Nun, wenn wir beide kombinieren, ist dies das Ergebnis:

Dies sollte einigermaßen einfach zu interpretieren sein, aber trotzdem werde ich eine Erklärung geben.

Die horizontale Achse ist die Höhe und die dunklen vertikalen Linien repräsentieren die Höhe verschiedener Spuren auf der ganzen Welt.

Die vertikale Achse ist der Anteil der erreichbaren Meeresspiegelgeschwindigkeit.

Die gekrümmten farbigen Linien stellen die kombinierte Auswirkung einer Leistungsreduzierung unter Verwendung jeder der oben hervorgehobenen Formeln dar, kombiniert mit der Verringerung der Luftdichte, die höhere Geschwindigkeiten bei gleicher Leistung ermöglicht.

Wenn wir zum Beispiel die grüne Linie betrachten (Basset et al. Akklimatisiert), zeigt dies, dass ein Radfahrer mit zunehmender Höhe eine höhere Geschwindigkeit bis auf etwa 2.900 Meter aufrechterhalten kann und jede weitere Erhöhung der Höhe einen Rückgang zeigt in der erreichbaren Geschwindigkeit, wenn die Leistungsverluste beginnen, die Verringerung der Luftdichte zu überwiegen.

Die Strecke in der Aigle-Schweiz bedeutet einen Geschwindigkeitszuwachs von etwa 1% gegenüber London, während das Fahren in Aguascalientes einen Geschwindigkeitszuwachs von 2,5% bis 4% bedeuten würde. Wenn Sie nach Mexiko-Stadt reisen, werden Sie vielleicht etwas mehr gewinnen, aber wie die Grafik zeigt, beginnen sich die Kurven zu verflachen, und so tendiert das Risiko-Ertrags-Gleichgewicht eher zum riskanteren Ende des Spektrums.

Die Höhe ist daher ein Fall von guten Gewinnen, aber sinkenden Erträgen, wenn die Luft seltener wird. Sobald Sie sich über 2.000 Meter bewegen, nehmen die Geschwindigkeitsgewinne allmählich ab und nehmen schließlich ab, was bedeutet, dass es eine "Sweet Spot" -Höhe gibt.

Vorsichtsmaßnahmen, und es gibt einige, aber die wichtigsten sind:

• Die Höhe des Sweetspots einer Person hängt von ihrer individuellen Reaktion auf die Höhe ab

• Die eingezeichneten Linien stellen Durchschnittswerte für die untersuchten Sportgruppen dar.

• Die verwendete Formel hat einen begrenzten Gültigkeitsbereich, während die eingezeichneten Linien darüber hinausgehen.

• Dies sind nicht die einzigen zu berücksichtigenden Leistungsfaktoren, sondern zwei der wichtigsten.

Ich vermute, dass der Leistungsabfall mit der Höhe für viele etwas schärfer auftreten könnte, als hier vorgeschlagen wird. Die gleichen Grundsätze gelten jedoch auch dann, wenn sich Ihre persönliche Reaktion auf die Höhe am unteren Ende des Bereichs befindet, und es ist schwer vorstellbar, warum jemand vorschlagen würde, dass es aus Sicht der Leistung eine schlechte Idee ist, zumindest auf eine Strecke mit mittlerer Höhe zu fahren.

Wenn Sie mehr lesen möchten, werde ich diese Themen in drei Blog-Artikeln hier behandeln:

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

Die folgende Tabelle finden Sie in einem interessanten Artikel im Training Peaks-Blog . Von hier aus sollten Sie in der Lage sein, Ihren Leistungspegel entsprechend anzupassen.

Die Leistung nimmt mit zunehmender Höhe ab. Der Versatz ist jedoch, dass die Luftdichte parallel (zu einem Punkt) abnimmt. Und dies ist der Grund, warum viele Stundenaufzeichnungen in der Höhe versucht wurden. Das Optimum liegt offenbar bei 3500m. Wobei die Geschwindigkeitssteigerung den Leistungsverlust überwiegt. Daher die Beliebtheit der Velodrome in La Paz (Bolivien) auf 3400 m und des Velodroms in Mexiko-Stadt auf 2230 m.

W / r zum Begriff Reifendruck und Rollwiderstand - es gab kürzlich einen Artikel, der den Mythos über hohe Reifendrücke entlarvte -, in dem der Energieverlust durch die Vibrationen des hohen Reifendrucks angegeben wurde, bedeutete, dass ein niedrigerer Reifendruck tatsächlich schneller als "normal" war "Straßenoberflächen.

http://www.wolfgang-menn.de/altitude.htm