Почему холмы снижают среднюю скорость

Средняя скорость довольна капризна. Ее легко понизить, но сложно повысить. Если на пути холм, то он «откусывает» от средней скорости всегда, помимо того, что изматывает. 

В общем-то поначалу это кажется странным. Проезжаешь через холм, сначала вверх, медленнее, но потом вниз, быстрее. Почему в сумме получается медленнее, чем по плоскому? Но это так. Даже хуже, горизонтальных дорог почти нет. Если это не набережная, то дорога идет либо вверх, либо вниз. Особенно это заметно на второстепенных дорогах, а еще заметнее в лесу. Поэтому получается, что горки есть всегда и они всегда тормозят. Меня — особенно, потому что тяжелый 🙂

Пропущу свои параметры через калькулятор. Возьму участок пути, состоящий из 4-х отрезков по полкилометра: плоский, 5% подъем, 5% спуск, снова плоский.

Велосипедист с моими параметрами (примерно 95 кГ снаряженный вес с велосипедом, 200 ватт мощности, шины Conti Gatorskin с коэфф. трения 0.008, СхА 0.5 м2) проходит отрезки с расчетной установившейся скоростью 27.9, 12.5, 47.0, 27.9 км/ч. Средняя скорость на всем участке 2 км получается 23.1 км/ч, что на 17% меньше, чем скорость по плоскому (27.9 км/ч). Удлинением пути из-за рельефа это не объяснить, поскольку путь на 2-х км увеличивается всего на 1 метр.

Но 17% падения скорости для небольшого в общем-то подъема 5%  это очень много. Может быть дело в том, что нужно учитывать инерцию? То есть, формула для установившегося движения, когда прикладываемая мощность приводит к постоянной скорости не применима на подъеме и на спуске. Особенно это должно быть заметно на переходе со спуска на плоский участок. По формуле скорость мгновенно падает с 48 км/ч до 28 км/ч, то есть явно показывает в начале плоского участка гораздо меньшую скорость, чем на самом деле.

Инерцию можно учесть двумя способами. Можно просто обратиться к замечательному он-лайн ресурсу: AnalyticCycling.com и построить по точкам изменение скорости. Второй способ для меня более наглядный, поскольку он вводит параметр, не учитываемый при рассмотрении установившегося движения, а именно, кинетическую энергию. Для меня этот параметр особенно полезен, потому что тяжелый, а кинетическая энергия равна (масса)*(квадрат скорости). То есть, если мы едем вместе с более легким шоссером по плоскому месту с одинаковой скоростью, то этот «актив» у меня больше. При переходе с отрезка, где расчетная скорость больше на участок, на котором она, когда установится будет меньше, разница в кинетической энергии идет на преодоление сил сопротивления, которые известны (200 ватт в данном случае). Поэтому можно определить время, на которое хватит этой разницы в энергиях и взять на этом участке среднюю скорость «пополам». Вот как это выглядит на графиках.

Соответствующая средняя скорость на всем 2-х километровом участке получается 23.9 км/ч и 23.3 км/ч (по двум способам), что примерно равно скорости без учета инерции (напомню, 23.1 км/ч). То есть, аккуратный учет инерции ничего не дал. Это связано с тем, что инерция работает не только «в плюс» при переходя с горки на плоскость, но и «в минус». На графике хорошо видно, что при переваливании через холм инерция довольно долго не дает набрать скорость. Поэтому далее инерцию можно не учитывать.

Таким образом можно постулировать, что так устроен мир: если проходить холм, крутя педали с постоянной мощностью, это приведет к существенному снижению средней скорости. Что с этим можно сделать? В  сети довольно много советов о том, что на соревнованиях нужно стремиться поддерживать не постоянную мощность на педалях, а постоянную скорость, то есть с горки вкладывать меньше мощности, а в горку больше. На самом деле, когда едешь с горки, то не вкладываешь 200 ватт (в моем случае), а просто подкручиваешь для сохранения контроля, если позволяют передачи. Допустим на это уходит 50 ватт, а не 200. Тогда, чтобы сохранить среднюю мощность 200 ватт на 2-х километровом участке нужно «бросить» на подъем 256 ватт (и держать их 2 минуты). Это даст возможность перераспределить скорости на подъеме и на спуске с увеличением суммарной скорости до 25.0 км/ч, что уже «всего» на 10% меньше, чем по плоскому. Но еще лучше, с точки зрения математики, на спуске вообще не крутить, и всю «высвободившуюся» мощность кинуть на подъем (282 ватта). Тогда с сохранением средней мощности 200 ватт это даст суммарную скорость 25.6 км/ч (на 8% ниже, чем по плоскому).

Получается, что «математика» солидарна с тренерами: для того, чтобы наиболее эффективно использовать имеющуюся среднюю мощность, нужно вкатывать в горку с мощностью выше средней, а с горки восстанавливаться. К сожалению для обычного человека (физкультурника) тут ничего хорошего нет, поскольку, например моя скорость по плоскому, определяется максимальной мощностью, которую я могу выдавать долго. Эта мощность, особенно после пройденных 100 км определяется внутренними энергетическими балансами, мой организм может вырабатывать именно столько энергии в единицу времени. «Залезать» в бОльшую мощность опасно. Это может привести к невосполнимым потерям. Тем более, когда неизвестно, сколько нужно брать. Это только при расчетах таких участков видно, что можно на две минуты взять 282 ватта. А на самом деле не только не известно, какой именно участок, но и определить эти 282 ватта по ощущениями не понятно как. По ощущениям можно хорошо контролировать только стабильную «крейсерскую» мощность с небольшой эластичностью, при необходимости чуть больше или чуть меньше. Так я и делаю обычно, иду со своей мощностью, в горку начинаю выдавать мощность больше, но, основываясь на опыте стараюсь не залезать в «невосполнимые» потери энергии. То есть если отпущенный резерв закончился, а горка продолжается, то сбрасываю скорость до определяемой привычной мощностью.

Остановлюсь на затронутой выше кинетической энергии. Это — инерция. Она помогает преодолевать неровности движения. При хорошей скорости велосипед сам преодолеет неровности дороги, проглотит неидеальность рельефа в виде небольших ям или горочек. В рассмотренном выше примере кинетическая энергия при движении на плоскости в 5 раз больше, чем при движении в гору! Это довольно сильно ощущается, любая неровность на подъеме тянет назад-вниз. Включая неровность усилий при педалировании. Поэтому, хоть в сети часто пишут про высокий каденс в гору (как у спортсменов), к обычным физкультурникам это нужно применять с осторожностью. Спортсмен при движении в гору способен долго (час, например) вырабатывать мощность > 500 ватт. Поэтому его скорость и, соответственно, инерция (то есть легкость преодоления рельефа) принципиально другие. А обычному человеку нужно снизить каденс (точнее не мешать ему снизиться), поскольку при медленном вращении педалей гораздо легче и точнее можно реагировать на неизбежные неровности движения.

Наконец, затрону фантазии из области «изобретаем велосипед». Наиболее оптимально было бы проходить горки так, чтобы накапливать «лишнюю» энергию при движении с горы. Например, поставить электрический мотор-колесо, он же генератор, и конденсатор для накопления энергии. И сделать «круиз-контроль», ограничить скорость на спуске крейсерской скоростью на плоском (в рассмотренном выше примере 28 км/ч). И все время (в том числе и на спуске) крутить педали с мощностью 200 ватт. Расчеты показывают очевидное, прибавление накопленной таким образом энергии к педалированию в подъем дает такую же скорость 28 км/ч. То есть, такая система (с хорошим КПД) давала бы возможность проходить горки так же как плоские участки и по скорости и по затрачиваемым усилиям. Причем на мускульной тяге 🙂

Вадим Никитин

на начало страницы