Kalkulačka výkonu a rychlosti

Kolik vaše rychlost stojí wattů? Na rovině vyjde 30 km/h u jezdce s 85 kg asi na 152 W s rukama na brzdových pákách a jen na nějakých 121 W v aero posedu. Převádějte v obou směrech, přidejte sklon a vítr a podívejte se v grafu, kolik z vašeho výkonu jde do gravitace, do vzduchu a do silnice.

152 W

Kam výkon jde?

Gravitace: 0 WAerodynamika: 110 WValivý odpor: 38 WPřevod: 4 W

Hodnoty CdA a Crr jsou uvedené předpoklady modelu (vypsané na tlačítkách), zprůměrované pro typického jezdce a kolo. Hustota vzduchu: 1,19 kg/m³, účinnost převodu 97,5 %.

Jak se výkon cyklisty počítá?

Používáme celou pohybovou rovnici cyklisty, tedy stejný model, jakým se rekonstruují výkony v závodech: součet tří odporů, které musí každý jezdec překonat.

P = M x g x v x (sin a + Crr x cos a)      <- gravitace + valení
  + 0,5 x rho x CdA x (v + w)^2 x v        <- odpor vzduchu
  (celé dělené účinností převodu, 0,975)

M   - hmotnost jezdce a kola [kg]   g   - 9,81 m/s^2
a   - úhel stoupání                 Crr - valivý odpor (0,004-0,008)
rho - hustota vzduchu 1,19 kg/m^3   CdA - odporová plocha (0,23-0,32 m^2)
v   - rychlost jízdy, w - rychlost čelního větru [m/s]

zdroj rovnice: Martin J. C. a kol., "Validation of a Mathematical
Model for Road Cycling Power", Journal of Applied Biomechanics
14(3), 1998

TABULKA POTŘEBNÉHO VÝKONU NA ROVINĚ
jezdec 85 kg + kolo 9 kg, běžný asfalt (Crr 0,005), bezvětří

rychlost  | ruce na pákách | spodní držení | aero posed
----------|----------------|---------------|-----------
20 km/h   |   60 W         |   56 W        |   50 W
25 km/h   |   98 W         |   90 W        |   80 W
30 km/h   |  152 W         |  138 W        |  121 W
35 km/h   |  225 W         |  203 W        |  175 W
40 km/h   |  320 W         |  287 W        |  245 W
45 km/h   |  441 W         |  393 W        |  333 W

předpoklady CdA: 0,32 ruce na pákách, 0,28 spodní držení,
0,23 aero posed; Crr: 0,004 hladký asfalt, 0,005 běžný asfalt,
0,008 šotolina

Cesta od rychlosti k výkonu je obyčejné počítání. Opačný směr ne: rychlost v rovnici vystupuje ve třetí mocnině, takže se algebraicky vyjádřit nedá, a řešíme ji numericky půlením intervalu. Každý předpoklad modelu, tedy CdA každého posedu a Crr každého povrchu, je vypsaný přímo na tlačítkách, ne schovaný v kódu.

Číselný příklad: jezdec 85 kg, kolo 9 kg, rovina, hladký asfalt, bezvětří, 32 km/h s rukama na pákách. Odpor vzduchu spotřebuje asi 134 W, valivý odpor 33 W a převod 4 W, celkem tedy okolo 171 W. Postavte toho samého jezdce na stoupání se sklonem 6 % při stejném výkonu a rychlost spadne na nějakých 11,4 km/h, protože téměř vše nyní jde do zvedání hmotnosti. Přesně to ukazuje graf pod výsledkem.

Co z toho plyne pro jízdu po Česku

Tabulka výše vysvětluje dva jevy, které zná každý, kdo jezdí po českých silnicích. Za prvé, na rovinatých úsecích podél Labe nebo Moravy rozhoduje posed a vítr, ne hmotnost: rozdíl mezi rukama na pákách a aero posedem je při 35 km/h padesát wattů, tedy víc, než přinese jakákoli sada lehkých kol. Za druhé, ve stoupáních v Beskydech nebo Jeseníkách se to obrací, protože odpor vzduchu při deseti kilometrech v hodině skoro nic nestojí a rozhoduje poměr watt na kilogram.

Třetí věc se týká povrchu. Hodně českých cyklostezek a spojek je šotolinových nebo vede po zpevněných lesních cestách, a přechod z asfaltu na šotolinu zvedne Crr z 0,005 na 0,008. Při 25 km/h to znamená asi 20 wattů navíc jen za povrch, a to je stejná ztráta, jakou dostanete z čelního větru o síle jednoho metru za sekundu. Proto se na šotolinovou trasu plánuje nižší průměrná rychlost, ne jen stejný čas na kilometr.

Nevíte, jaký výkon udržíte? Zjistěte si ho testem v kalkulačce FTP. Plánujete konkrétní stoupání? Čas dostanete v kalkulačce času stoupání. A aby se ty watty měnily v rychlost a ne v teplo, nastavte si pořádně tlak v pláštích: špatně zvolený tlak umí stát víc, než ušetří slušný aerodynamický upgrade. Celý přehled je v seznamu kalkulaček.

Často kladené otázky

Kolik wattů je potřeba na 30 km/h?
Na rovině bez větru s rukama na brzdových pákách potřebuje jezdec s 85 kg na devítikilovém kole asi 152 W. V aero posedu ta samá rychlost stojí okolo 121 W, protože klesne odporová plocha CdA. Pro srovnání, 25 km/h vyjde jen na nějakých 98 W: výkon na překonání vzduchu roste se třetí mocninou rychlosti.
Proč nad 30 km/h rozhoduje odpor vzduchu?
Výkon potřebný k protlačení se vzduchem roste se třetí mocninou rychlosti: dvakrát rychleji znamená osmkrát víc aerodynamických wattů. Při 30 km/h na rovině je odpor vzduchu už okolo tří čtvrtin celkového výkonu, zatímco valivý odpor roste jen lineárně. Proto na silničních rychlostech znamená posed víc než hmotnost výbavy.
Kolik ušetří jízda v háku?
Jízda za kolem sníží odpor vzduchu asi o 25 až 40 % podle rozestupu a velikosti skupiny, což při 35 km/h může být 60 až 100 W méně. Právě proto skupina jede rychlostí, jakou by sólo nikdo neudržel. Kalkulačka modeluje jízdu sólo, takže když jste v háku, odpovídající část si odečtěte.
Co je CdA v cyklistice?
CdA je součin součinitele odporu a čelní plochy jezdce s kolem, vyjádřený v metrech čtverečních. Čím nižší, tím méně wattů si vezme vzduch. Typické hodnoty: asi 0,32 m² s rukama na brzdových pákách, 0,28 m² ve spodním držení a 0,23 m² v aero posedu. Profesionálové na časovkářském kole jdou pod 0,20 m².
Jak vítr mění potřebný výkon?
Odpor vzduchu závisí na rychlosti vůči vzduchu, ne vůči zemi. Čelní vítr 5 m/s (18 km/h) při jízdě 30 km/h znamená, že vzduch vidí přes 48 km/h, a potřebný výkon vyskočí ze 152 W na asi 329 W, tedy víc než dvojnásobek. Zádový vítr funguje obráceně. Proto ten samý úsek silnice stojí jeden den 150 W a druhý 250 W.
Kolik wattů ubere šotolina proti asfaltu?
Valivý odpor Crr stoupne z asi 0,005 na běžném asfaltu na 0,008 na šotolině, což je o 60 % víc. U jezdce s 85 kg na devítikilovém kole to při 25 km/h dělá okolo 20 W navíc, a protože valivý odpor roste s rychlostí lineárně, při 35 km/h už asi 28 W. Nižší tlak v pláštích a širší plášť ten rozdíl na hrubém povrchu částečně vrátí.