הירשמו לרשימת התפוצה של Train by Science ותקבלו במייל עדכונים בנוגע למאמרים ופרקי פודקאסט חדשים. ההרשמה כאן
אנחנו נתחיל את הדיון בנושא רכיבה בעליות בדיון במשוואת התנועה של האופניים. משוואת התנועה של האופניים היא נושא די מורכב שאני מפשט כאן. הוא כולל 5 מרכיבים שמתוכם אדבר רק על 3 ואתעלם מהנושא של האצות ואיבודי אנרגיה במערכת ההינע.
מעוניינים לשמוע את הפרק במקום לקרוא? היכנסו לפרק הפודקאסט. iTunes כאן ו-Stitcher כאן
מרכיבי המשוואה הפיזיקלית של תנועת האופניים
- מהירות הגלגול (ראו את הפרק הרלוונטי כאן), בעצם חיכוך שקורה במגע של הצמיג עם הקרקע. לצמיגים מסויימים יש חיכוך מתגלגל טוב משל צמיגים אחרים והפערים ביניהם מאד משמעותיים, ברמה של עשרות וואטים.
- אווירודינאמיות (ראו את הפרק הרלוונטי כאן), כאן נכנס הנושא של ה-CdA, גודל החור שאנחנו עושים באוויר והצורה של החור הזה – כמה הוא אווירודינאמי. ההתנגדות עם האוויר גדלה בחזקת 3. ככל שניסע יותר מהר, כך ההתנגדות תגדל בצורה משמעותית.
- גרביטציה – המרכיבים המרכזיים הם הגרביטציה עצמה שהיא נתון קבוע שלא משתנה אם לא יצאתם מגבולות כדור הארץ. החלק השני פה הוא השיפוע והשלישי הוא המאסה שכולל את הרוכב והאופניים. החלק הרביעי נוגע למהירות האופניים שגם כן משפיעה. זהו הדבר המרכזי ביותר בהקשר של רכיבה בעליות.
ברכיבה בעליות ההתנגדות לאוויר פחות משמעותית
חשוב להדגיש שההתנגדות לאוויר גדלה בחזקת 3. לעומת זאת, ההתנגדות לגרביטציה גדלה רק בצורה ליניארית, כלומר 1 ל-1. אם ניקח רוכב שנוסע ב-300 וואט, זה יוביל אותו למהירות של 37 קמ״ש במישור. אם הוא יעלה את הוואטים שלו ב-10% המהירות שלו תעלה ל-38.26 קמ״ש. תמורת עלייה של 10% בוואטים נקבל רק עלייה של 3.5% במהירות.
ברכיבה בעליות לעומת זאת, אם נסתכל על אותו רוכב בעלייה של 15%. אם הוא יסע ב-300 וואט המהירות תהיה 8.46 קמ״ש ואילו ב-330 וואט המהירות תהיה 9.29 קמ״ש. ההבדל כאן הוא הבדל של 9.81%, כלומר עבור עלייה של 10% בוואטים אנחנו נקבל כמעט עלייה של 10% במהירות. מסיבה זו אתם כבר מבינים שהרבה יותר שווה לנו להוציא יותר וואטים בחלקים המשופעים של העלייה לעומת החלקים הפחות משופעים שלה. אמנם ניסע מהר יותר בחלקים הפחות משופעים, אבל אנחנו באופן יחסי נאבד יותר אנרגיה.
דוגמה נוספת היא מסלול אליפות ישראל בנג״ש 2019, מסלול שאינו מישורי וכולל 3 עליות מאד משמעותיות. כאשר אנחנו מתכננים את חלוקת הוואטים לאורך המסלול אנחנו נרצה לתת וואטים גבוהים יותר בקטעי העלייה הללו על מנת להגיע לתוצאה טובה יותר. בהנחה ואנחנו יכולים להגיע לכוח מנורמל מסויים לכל אורך המירוץ, עדיף לנו לשים יותר וואטים בקטעי העליות האלה, שם נקבל תפוקה גבוהה יותר עבור הוואטים שלנו, מאשר לשים את הוואטים האלה בקטעי המישור. שם נקבל תפוקה פחות טובה משום שהעלייה בהתנגדות היא בחזקת שלוש.
אותו הדבר ניתן גם לראות באליפות ישראל בכביש, גם שם אנחנו נשאף לתת את הוואטים הגבוהים ביותר שלנו, בקטעים המשופעים שלה.
אנרגיה קינטית רכיבה בעליות לעומת במישורים
אנרגיה קינטית היא האנרגיה האצורה בגוף מסויים בזכות תנועתו. לצורך העניין, לגוף שיסע במהירות 40 קמ״ש תהיה יותר אנרגיה קינטית מאשר גוף שנוסע ב-30 קמ״ש. כאן אנחנו רואים בצורה ברורה את ההבדל בין רכיבה בעליות לרכיבה במישורים. בגלל ההבדל במהירות, תהיה לנו במישורים הרבה יותר אנרגיה קינטית. הנוסחה הפיזיקלית של אנרגיה קינטית היא חצי מאסה כפול מהירות בריבוע.
הנושא המעניין כאן הוא המהירות בריבוע. ככל שאנחנו מעלים את המהירות שלנו אנחנו לא מעלים את כמות האנרגיה הקינטית בצורה ליניארית אלא גדלים בריבוע. כלומר, ב-40 קמ״ש תהיה לנו הרבה יותר אנרגיה קינטית מאשר ב-30 קמ״ש.
ככל שיש לנו יותר אנרגיה קינטית יקח יותר זמן להאט אותנו. ברכיבה במישור לא יקרה כמעט כלום אם נפסיק לפדל, נהיה באותה מהירות כמעט ויקח זמן עד שנעצור. ברכיבה בעליות לעומת זאת ברגע שנפסיק לפדל, כמעט באופן מיידי נאט. אנחנו מרגישים בעליות את ההאטה הזאת בצורה הרבה יותר משמעותי. לכן, בעלייה יש לנו גם פחות אנרגיה קינטית וגם פועל נגדנו יותר כוח מאשר במישור בדמות כוח הגרביטציה. שני הדברים הללו משפיעים על הדרך שאנחנו מפדלים.
אחד ההבדלים בין רוכבים גדולים לקטנים יותר נובע גם כן מהנוסחה. בגלל שחלק מהנוסחה היא הנקודה של המאסה, לרוכב גדול תהיה יותר אנרגיה קינטית מאשר לרוכב קטן. בגלל שלרוכב גדול יותר אנרגיה קינטית, באופן יחסי הכוח שמופעל נגדו משפיע עליו פחות. לכן, לרוכבים גדולים קל יותר להתמודד עם רוחות מאשר רוכבים קטנים.
אם נסתכל עליי, כאשר אני שוקל 70 ק״ג, במהירות של 10 קמ״ש, האנרגיה הקינטית שלי תהיה 35*2.77^2 = 270 ג׳אולים. במהירות של 30 קמ״ש האנרגיה הקינטית שלי תהיה 2430 ג׳אולים, כמעט פי 9 מאשר במהירות של 10 קמ״ש, למרות שהכפלתי את המהירות בסה״כ פי 3. במהירות של 40 קמ״ש יהיה לי 4320 ג׳אולים, פי 16 ממהירות של 10 קמ״ש למרות שהכפלתי רק פי 4 (אנחנו עולים בחזקת 2).
אנרגיה קינטית ורכיבה בעליות
ברכיבה בעלייה אנחנו נאט הרבה הרבה יותר מהר מאשר ברכיבה במישור. לצורך העניין בעלייה של 8% במהירות של 10 קמ״ש, כלל הכוח שיפעל נגדי הוא 170 וואט, שמתוכם 152 יגיעו מגרביטציה ו-18 ממקומות אחרים. במצב הזה, במהירות של 10 קמ״ש אני אאט לאפס בתוך 1.6 שניות, מאד מאד מהר. והסיבה לכך ברורה, יש לי יחסית מעט אנרגיה קינטית וכן פועל נגדי הרבה מאד כוח של הגרביטציה. אם אסתכל על מישור בו אני נוסע ב-40 קמ״ש, הזמן שיקח להאט אותי הוא הרבה יותר ארוך. יש לי יותר אנרגיה קינטית ופחות כוח שמתנגד לי ולכן יקח לי 12 שניות על מנת לעצור אם הכוחות היו נשארים קבועים (והם לא בגלל השינוי במהירות).
שוב, ברכיבה בעליות גם יש לנו פחות אנרגיה קינטית וגם פועל נגדנו יותר כוח. זה גורם לכך שיש הבדל בדרך הפידול שלנו במישור ובעלייה. אנחנו צריכים לייצר את הכוח בצורה שונה.
על פי review משנת 2012 בשם Biomechanics and energetics of uphill cycling: a review יש הבדל מסויים ב-torque המופעל בעלייה לעומת מישור. כמו כן, יש הבדל בנקודת סיבוב הפדל בה מגיעים לכוח מקסימלי. האם זה מאד משמעותי? לא לפי ה-review הזה, אבל כן במאמרים אחרים שקראתי יש הבדל בנקודה הזו. זה עיקר הדבר שמוזכר במאמרים אחרים. בגלל שכל הזמן מופעל נגדינו כוח האטה משמעותי אנחנו צריכים להפעיל כוח לאורך חלקים משמעותיים יותר בפידול. וכולנו נסכים על כך שמבחינת תחושה בעלייה פועל נגדינו יותר כוח שמכריח אותנו להפעיל את הכוח בצורה שונה.
לריאיון עם גיל קשי בנוגע לאיך לטפס טוב יותר ולרכב מהר יותר בעליות היכנסו לכתבה כאן
בחלק השני של סדרת המאמרים על נושא העליות אסביר יותר על ההבדל בין מטפסים ללא מטפסים, על ההבדל בצורת הפידול, עמידה לעומת ישיבה ברכיבה בעלייה וכן אתן טיפים כיצד תוכלו אתם לטפס טוב יותר.
הירשמו לרשימת התפוצה של Train by Science ותקבלו במייל עדכונים בנוגע למאמרים ופרקי פודקאסט חדשים. ההרשמה כאן
