A súlygyarapodáshoz extra erőre van szükség
Mennyit jelent a súly, ha felmész?
Tegyük fel, hogy 1000 m tengerszint feletti magasságú hegyre megyek, és meredek: 10%. Mondjuk azt is, hogy 250 wattot tudok fenntartani. Ha hozzáadom a kerékpárt 1 kg-os súlyhoz, meg tudom-e állapítani, hogy mennyire leszek lassú (időben)? Hány másodpercet veszítek el?
Kérem, mutassa meg ennek a képletét és számítását, és bátran fejtse ki az egész témát.
4 válasz
Feltételezve, hogy állandóan elindul, és egy teljes megállót ér el a domb tetején. Az egyszerű követelmény az, hogy energiára van szükséged ahhoz, hogy alulról felfelé haladj. A szükséges energia nagy része a hasznos teher (Ön és a kerékpár) potenciális energiájának emelésére fog fordulni. Lényegében kinetikus energiát fog létrehozni (mozgatja a kerékpárt) azáltal, hogy átalakítja a kémiai energiát a testébe. A hő, az útfelület súrlódása és a légellenállás miatt veszteségek keletkeznek.
Egyelőre figyelmen kívül hagyjuk őket (nem elhanyagolhatóak, de bonyolítják a számítást).
Potenciális energia (PE) = m * g * h
g = gravitációs gyorsulás
A PE arányos az m-rel, tehát a tömeg 10% -os növekedése 10% -kal növeli a PE értékét. Abban az értelemben, hogy 10% -kal több mozgási energiára lesz szükséged ahhoz, hogy fel tudj érni ugyanazon domb tetejére.
A teljesítmény (energia) elosztva az idővel:
W = munka vagy energia Joule-ban
t = a munka elvégzésének ideje.
Ha állandó a teljesítményed, átrendezhetjük az egyenletet
így állandó erővel, gravitációs magassággal és magassággal az idő a tömeg növekedésével arányosan növekszik, amelyet a fenti egyenlet ad meg.
Ha nincs ellenállás a szél levegőjével szemben, annál kevésbé lesz releváns, minél lassabban. A súrlódás növekedni fog a súlygyarapodás miatt. A domb meredeksége elméletileg lényegtelen ebben a számításban. Nyerjen ugyanannyi gravitációs potenciális energiát, ha ugyanaz a tömege van ugyanabban a magasságban. Tehát elméletileg nem számít, ha a domb 10 vagy kétszer olyan hosszú és 5%.
Amikor azonban a kémiai energiából létrehozza azt az energiát, amelyet létre kell hoznia, és egyszerre csak annyi mindent lehet előállítani. Izmaid hatástalanná válnak, ezért a meredekebb dombokon több energiára lehet szükséged, mint a legmeredekebbnél. Tehát egy magasabb domb szélellenállása esetén ez kevésbé lesz releváns, de a teljesítmény (az, hogy mennyi energiát tudsz kivenni az idő múlásával) és a tömegarány lesz a legfontosabb tényező.
Amit az utolsó bekezdésben próbálok hangsúlyozni, hogy az az energia, amely ahhoz szükséges, hogy testébe helyezzen benneteket, és hogy a teste előre tudjon lépni, nem azonos azzal az egyszerű mozgási energiával, amely a domb tetejének eléréséhez szükséges. Mindazonáltal, ha minden egyenlő, a tömeges változás ugyanolyan hatással lesz az egyenletekben említett időre.
Ha egy menet alatt hozzáadtam volna egy kilogramm súlyt a kerékpárhoz, akkor a lehető leglassabb lennék (időben).?
Feltételezve, hogy Ön és a motorkerékpár tömege 100 kg (kerek számokban), egy extra kilogramm 1% -os súlynövekedést, azaz 1% -os potenciális energia növekedést okoz a hegymászáshoz.
Ha állandó a teljesítményed, ez 1% -os időnövekedést jelent.
Néhány ereje azonban meghaladja a szél- és gördülési ellenállást, nem pedig a potenciális energiát. Ha csak a teljesítményed fele megy a potenciális energiához (ami súlytól függ), a fele pedig állandó (a súlytól független), akkor azt gondolom, hogy ez idővel 0,5% -os növekedést jelentene.
Van értelme, nem hiszem, hogy megmondanám, mennyi wattot mentem ki, mondhatni, hogy 250 W-ot csinálok
Amit fentebb írtam, a teljes hatalmad nem befolyásolja; a változás inkább relatív, mint abszolút: vagyis 1%, függetlenül attól, hogy ez 1%.
Ennek egyik része mozgatja a kezemet a kijelentésemben: "Ha állandó a hatalmad": ami akkor igaz, ha jobban ellenőrzed az eszközeidet (így 1% -kal csökkentheted a szintedet, hogy 1-re igazodj a növekedéshez) a tömeg és így az erőfeszítés% -a).
A változás valójában nem lineáris: például ha 1000 kg-os, azaz 1% helyett 1000% -os súlynövekedés következne be, akkor annyit kellene felállnod, hogy olyan lassan haladnál, hogy nem tudnál kétkerekű kerékpáron egyenesen marad. Viszonylag kis súlygyarapodás esetén azonban arra számítok, hogy az erőfeszítések közötti különbség (és ezért a fent vázolt kézi járás révén az időtartam különbsége) megközelítőleg lineáris lesz.
A Joule Newtonmérő és egyben Watt-másodperc is. A gravitáció körülbelül 9,81 newton/kilogramm.
Az 1000 kg-os 1 kg-os növekedés 0,4536 kg-mal 304,8 méterrel nőne. Tehát ez 9,81 * 0,4536 * 304,8 = 1356 joule vagy 1356 Watt-másodperc lenne.
A teljesítmény maximális tartós teljesítménye valószínűleg az általános 300 watt tartományban van (és a "körutazások" valahol fele lennének), így körülbelül fél másodpercig minden energiáját fel kell használnia a fele emeléséhez. kilogramm. (Vagy, perspektívát szemlélve, körülbelül 19 perc egy 250 kilós kerékpár + egy 1000 láb lovas felemeléséhez.)
Feltételezett 250 wattodnál ez 5,4 másodperc lenne egy fontért vagy 22,6 perc 250 fontért. Ez 10 000 láb távolságban körülbelül 5 mph sebességet eredményezne. (Ne feledje, hogy a jóval kb. 200 watt alá esés túl lassú sebességet eredményez az egyenesben maradáshoz, főleg ha figyelembe vesszük, hogy minél lassabban halad, annál több energiát kell fordítania arra, hogy bent maradjon függőleges helyzet.)
Természetesen ez figyelmen kívül hagyja a szél és a gördülési ellenállás elvesztését, és ezért a földön a távolság megtételéhez szükséges időt. A gördülési ellenállás ugyanolyan lenne, mint a talajon, de a szélállóság alacsonyabb lenne, mert lassabban halad, és a szélállóság általában nagyobb a kettő közül. Tehát hozzá kell adnia a fenti órákhoz, talán annak az időnek a 1/2 vagy 2/3-a, amelyre ugyanannak a távolságnak a megtétele szükséges. 10% -os fokozat esetén ez lenne az idő 10 000 láb vagy körülbelül 1,9 mérföld megtételére. 15 km/h sebességgel ez körülbelül 7,5 perc lenne, szóval talán ennek a felét adjuk hozzá.
Patkányok -- Csak rájöttem, hogy a kérdés kg-ban és méterben értendő.
"Ha 1 kg súlyt adok a motoromhoz egyetlen menet során (10 000 méter - 10%), akkor milyen lassú leszek (időben) (250 watt teljesítményt feltételezve)?"
Ez 9,81 * 1kg * 1000 méter * = 9810 watt-másodperc lenne. 1 watt hozzáadásának köszönhetően 250 watton 38,84 másodpercig.
És eszembe jut. hogy ugyanazokat a számításokat visszafelé használhatnánk a teljesítmény, a súly, az átlagos sebesség és az átlagos meredekség nagyjából kiszámításához. Ez valószínűleg pontosabb lenne, mint sok más teljesítmény-becslési séma.