Это первая версия, сырая, где много грубых ошибок. Исправленная и доработанная версия - на странице 7. Кто ещё не читал этот текст, можете не тратить своё время и читайте сразу вторую версию. Эту оставляю для истории, сперва думал разместить здесь новую версию, но тогда будет непонятно, что же обсуждалось на последующих шести страницах...
Большое спасибо yurik82 за информацию и исправление ошибок!yurik82 писал(а):
Что тут говорить, если половина слов там моих
Версия 1Представляю вниманию общественности результат моих многолетних исследований...
Шутко 
Заинтересовали меня вопросы, указанные в названии темы, и самый главный из них: "сколько и с какой скоростью может ехать простой смертный на велосипеде в реальных условиях нашей местности". Т. е. главный вывод заключён в последней табличке. Это компиляция. Я старался вытянуть максимум интересных данных из инета и литературы, чтобы выводы получились максимально обоснованными. И всё это разбавлено моими мыслями. Думаю многим это будет интересно, жду ваших замечаний и поправок, только обоснованных. Также мне будет интересно, если вы напишите типа: "а вот я проехал столько-то с такой-то средней, не совпадает!" Короче, конструктивная критика приветствуется.
МощностьКакую мощность может развивать обычный человек, какую тренированный, а какую профессиональный спортсмен?
Развиваемая мощность одного и того же человека в первую очередь зависит от длительности. До 1 минуты (обычно 20—30 секунд) человек может развивать анаэробными «быстрыми» мышцами большую мощность (200—700 Вт в зависимости от тренировки). Дальше его мощность зависит не столько от силы мышц сколько от способности поставлять кислород и углеводы в клетки.
Спортсмен способен расходовать мощность 1 л.с. (735 Вт) в течение 30 с, здоровый нетренированный человек — в течение 12 с. Элитные мировые велоспринтеры 1 минуту могут выдать среднюю мощность более 700 Вт с пиком до 1,7 кВт.
Профи высокого уровня развивают в часовой гонке мощность 450—480 Вт. Победитель Тур де Франс 2009, Альберто Контадор, в горных этапах показывал длительную мощность 460 Вт (на подъемах), чем вызвал недоумение всего спортивного мира, лучшая десятка мировых гонщиков последние 20 лет показывают 410—430 Вт. Контадор продемонстрировал исключительную производительность в 490 Вт в среднем, в течение 20 мин 55 с. Лэнс Армстронг, семикратный победитель Тура, вырабатывал более 500 Вт на 35—40-минутном подъеме.
По российским нормативам, для получения разряда «МСМК» в велоспорте-шоссе мужчина должен проезжать 50 км за 64,5 минуты. Средняя скорость при этом составит 46,5 км/ч, а мощность при езде на шоссейном велосипеде в обычной шоссейной экипировке – 590 Вт, что нереально. Проехать такую дистанцию с такой средней скоростью возможно только на специальном разделочном велосипеде с аэродинамическим шлемом и очень низкой посадкой – в этом случае понадобится мощность примерно 420 Вт, что вполне реально. Мастер спорта ту же дистанцию должен проехать за 67,5 минут, средняя скорость – 44,4 км/ч, мощность на разделочном велосипеде – 370 Вт. Для получения «КМС» у мужчин надо 50 км делать за 69,5 минуты, 43,2 км/ч, 480 Вт на обычном или 350 на разделочном велосипеде. Т. е. и на «КМС» на обычном шоссейнике сдать нереально.
Для получения 3-го взрослого разряда надо проехать 25 км за 41,5 минуту, средняя скорость 36,1 км/ч. Для этого нужна мощность около 300 Вт (на обычном шоссейном велосипеде).
Согласно нормативам ГТО (СССР), для получения золотого значка надо было проехать 20 км (для мужчин) или 10 км (женщин) с такой скоростью:
1. 19—28 лет — 27,9 км/час для мужчин и 24 км/час для женщин
2. 29—39 лет — 26,0 км/час для мужчин и 22,2 км/час для женщин (29—34 года)
3. 40—49 лет — 15,0 км/час для мужчин (дистанция 10 км) и для женщин (35—44 года) дистанция 5 км.
Мощность здесь нужно от 150 Вт для молодых мужчин до 40 Вт тем, кому за 40.
Мощность велосипедиста обычно принято оценивать в 250 Вт (примерно 1/3 лошадиной силы). При такой мощности на шоссейном велосипеде в условиях, близких к идеальным можно развивать скорость 34 км/ч. Но 250 Вт не профессионал длительно поддерживать не может. 20—40 с на «быстрых» мышцах — может, даже больше. До 10 минут на «медленных»» гликолитических мышцах. Дальше, когда работают только аэробные (дыхательные, окисляют кислородом жир в митохондриях) мышцы — мощность непрофессионала падает до 100—180 Вт (зависит от длительности). Больше 10 минут мощность 250 Вт могут поддерживать только спортсмены из любого циклического вида спорта — стайерский бег, лыжи, велосипед или хотя бы из других видов спорта или профессиональной деятельности с длительными физическими нагрузками — например футбол.
Если взять опыт поездок выходного дня на 50—70 км, с большой группой случайных молодых людей в возрасте 15—30 лет, то средняя скорость движения составляет 20 км/ч, для чего надо около 70—80 Вт.
Для 30 км/ч достаточно 180 Вт (почти каждый может ехать, хотя бы 5—-10 минут так), а для 50 км/ч надо более 700 Вт. 50 км/час на коротких дистанциях развивают единицы гонщиков в мире.
На протяжении 24 часов хорошо тренированный канадец (но не профессиональный спортсмен) Грег Колодейчик смог поддерживать среднюю мощность 110 Вт и установил мировой рекорд дальности заезда 1047,7 км. Катил он на велосипеде Critical Power, который позволяет при мощности 200 Вт развивать скорость 67 км/ч.
На более «обычном» разделочном велосипеде Марко Бало, не касаясь земли, проехал за сутки 890, 2 км.
Средний человек может, при езде на обычном велосипеде, поддерживать 24 часа среднюю мощность в 50 Вт.
46-летний Павел Ковтун из Никополя проехал на велосипеде 550 километров за 36 часов. 9 октября 1991 он стартовал из поселка Стрый что в Львовской области и 28 часов непрерывно крутил педали своего велосипеда — преодолел 410 километров. После трехминутной остановки, почти не отдохнувши, ехал еще 8 часов — это еще 140 километров.
У женщин удельная мощность и в теории и на практике ниже. В среднем мышцы женщин слабее на 20—30% в нижних конечностях и на 40—70% в верхних при одинаковой массе.
Например, велогонщик Контадор весит 66 кг, Забриски — 67 кг, а одна из лучших мировых гоншиц (чемпион мира 2000, Тур де Франс 2002, второе место в Джиро д’Италия 2002) Зинаида Стагурская весит 69 кг. При этом очень существенно уступает в мощности не только Контадору или Забриски, но и всем гонщикам, которые участвовали в мужском туре. Если Забриски или Контадор проезжают 40—50 км разделки со скоростью 50—54 км/ч, тогда как у женщин даже на очень коротких дистанциях (7,5 км) скорость не превышает 46 км/ч.
Обобщим результаты. В таблице путём экстра- и интерполяции прикидывается, сколько времени человек может развивать определённую мощность на шоссейном велосипеде в идеальных условиях (ровное шоссе, штиль или на треке).
Вложение:
1.JPG [ 25.41 КБ | Просмотров: 75516 ]
АэродинамикаПо сравнению с другими силами, которые противодействуют движению велосипедиста, сила сопротивления воздуха составляет наибольшую долю. При скорости 5 м/с (18 км/ч) на преодоление сопротивления воздуха затрачивается около 50% всей развиваемой мощности, при скорости 30 км/ч — 80%, а при 10 м/с (36 км/ч) уже 85% мощности, которую производит велосипедист. Если же впереди следует лидер, то он как бы пробивает в воздухе «коридор», оставляя за собой аэродинамический след. Мировой рекорд скорости на велосипеде, следующем за автомобилем — 268,83 км/ч! Никакого буксира! Никаких спусков! Исключительно мускульная сила человека… без сопротивления воздуха. На Луне, где вообще нет воздуха, а сила тяжести составляет 1/6 земной теоретически при затрате 73,5 Вт мощности можно было бы разогнаться до 383 км/ч. Не случайно поэтому одним из основных направлений повышения скорости является создание лучших аэродинамических условий. Велосипедисты надевают эластичные комбинезоны, с велосипеда убирают все лишнее, используют сплошные колеса из дисков. Наконец, еще один путь — заключить велосипед в специальную оболочку. Сопротивление воздуха по сравнению с обычным велосипедом таким образом удалось сократить почти на 80%.
Но почему, несмотря на такое достоинство, в соревнованиях по-прежнему используются классические велосипеды? Полвека тому назад Международный союз велосипедистов (UCI) запретил использовать аэродинамические оболочки и другие конструкции, приводя довод: «велосипедные гонки — состязания между спортсменами, а не между машинами».
Мировой рекорд в часовом заезде UCI hour record — 49,7 км установил Ондрей Сосенка на велотреке в Крылатском в 2005 году. UCI hour record — это единственная официальная номинация в часовой велоезде, которая накладывает ограничения на велосипед.
В 1972 году Эдди Меркс установил умопомрачительный мировой рекорд — 49 431 метр. Теперь все рекорды должны устанавливаться на велосипедах той же конструкции, который был у Меркса (без использования современных материалов, лежаков, дисковых колес и аэродинамических шлемов). За 40 лет этот рекорд удалось улучшить всего на полпроцента, что подчёркивает факт установления большинства рекордов в велоспорте с 70-х годов за счёт совершенствования техники.
UCI best human effort — 56 375 м установил Крис Бордмен в 1996 году. UCI best human effort — это номинация на уровне «ладно, так уж и быть, можете ехать на великах лучше, чем у Меркса». То есть и здесь рекорд упёрся в предел совершенствования «сидячих» велосипедов. Но есть и другие…
IHPVA — International Human Powered Vehicle Association — фиксирует рекорды на лежачих велосипедах. Они запрещены UCI. А мировой рекорд в часовой езде на лежачих велосипедах равняется невероятным 90 598 метрам. Рекорд установлен Сэмом Виттингемом в 2009 году. Лежачие велосипеды имеют обтекаемый корпус из современных материалов, поэтому позволяют добиваться таких результатов и рекорды устанавливаются чуть ли не каждый год.
Если 80% энергии, которую велосипедист тратит на преодоление сопротивления воздуха при езде по ровной дороге со скоростью 30 км/ч, исследовать более детально, то окажется, что 70% этой энергии расходуется на сопротивление, оказываемое велосипедисту, а 30% — на сопротивление его машине.
Применение аэродинамических конструкций и очень низкой посадки помогает уменьшить затрачиваемую мощность на 20—30% (переход от классической шоссейной амуниции к полностью разделочной, включая велосипед, на скорости в 40 км/ч снижает энергозатраты на 25%).
Как показал Войгт, даже на «идеальном» велосипеде (у которого отсутствует аэродинамическое сопротивление и трение качения) лобовое сопротивление самого гонщика является основным препятствием для улучшения скоростных показателей. Согласно его расчетам, гонщик, едущий в полусогнутой позе на обычном гоночном велосипеде, может развить скорость около 55 км/ч при затрате мощности 1 л. с. (735 Вт). На «идеальном» велосипеде тот же гонщик, прилагая те же усилия, мог бы разогнаться только до 61 км/ч.
Попутный ветер подгоняет велосипедиста, и его скорость увеличивается. Вообще говоря, ветер ускоряет или замедляет движение велосипеда примерно на половину своей скорости. Когда один велосипедист едет в хвосте другого, его затраты энергии меньше процентов на тридцать.
Искусственный ветер, который создает попутный автомобиль, может ускорить движение велосипедиста на 1,5—5 км/ч на время до семи секунд. Чем больше автомобиль, тем сильнее эффект. В плотном транспортном потоке велосипедист может ехать на 5—10 км/ч быстрее, чем в обычных условиях при тех же усилиях.
Сила лобового сопротивления пропорциональна квадрату скорости, а мощность — произведению силы на скорость. Следовательно, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха мощность растет пропорционально скорости в третьей степени. Поэтому даже небольшое ускорение движения требует значительного увеличения усилий. Если при скорости 32 км/ч велосипедист удвоит усилия, он увеличит её лишь до 40 км/ч. Напротив, уменьшение коэффициента сопротивления влияет на скорость меньше, чем это может показаться. Если при той же скорости 32 км/ч коэффициент сопротивления уменьшится вдвое, то, затрачивая такие же усилия, велосипедист увеличит свою скорость лишь до 39 км/ч. Это объясняется тем, что сопротивление качению остается постоянным. Если бы его не существовало, то как увеличение мощности, так и уменьшение эффективной фронтальной площади вдвое дали бы одно и то же увеличение скорости до 40 км/ч.
Всё вышесказанное справедливо для равнины, на подъёмах аэродинамическое сопротивление перестаёт быть решающей силой.
При затрате мощности 0,4 л.с. (294 Вт) шоссейный велосипед забирается на 2,5%-ный подъем со скоростью 26 км/ч, а съезжает — 47 км/ч. На 6%-ный заезжает со скоростью 18 км/ч, скатывается — 63 км/ч. По ровной дороге при тех же затратах мощности он ехал бы со скоростью 36 км/ч.
Аэродинамика начинает заметно влиять начиная со скорости 15 км/ч, до этой скорости наибольшее влияние оказывают потери в узлах велосипеда и сопротивление качения колёс. Таблица даёт представление об аэродинамике основных типов велосипедов. Под дорожным понимается типичная «Украина» с высоко поднятым рулём, гибридный — это в том числе и городской, горный и т. п., таких велосипедов большинство на улицах, с хорошим накатом и достаточно комфортной посадкой. Видно, что с ростом скорости растёт и разница скоростей для разных типов велосипедов. Если ехать в вакууме, то даже на «Украине» (при установке очень большой передачи) можно было бы разогнаться до 100 км/ч.
Вложение:
2.JPG [ 33.76 КБ | Просмотров: 75516 ]
Ниже — результаты исследования Bert Hoge, Jeroen Schasfoort, которые вызывают большее доверие. Тестирование проводилось на 200-метровом велодроме на шоссейном велосипеде, для каждого теста делалось по 10 кругов, т.е. по 2 км.
Вложение:
3.JPG [ 16.75 КБ | Просмотров: 75516 ]
ЭффективностьОчевидно, что езда на велосипеде эффективнее ходьбы на ровной поверхности. При езде на велосипеде со скоростью 20 км/ч нужно 70 Вт (на шоссейном велосипеде, хотя для других типов разница не велика), а при ходьбе со скоростью 5 км/ч ( для человека массой 78 кг) около 65 Вт (с возрастанием скорости эта мощность быстро увеличивается, достигая 200 Вт при скорости 7 км/ч). На путь в 20 км велосипедист затратит 70 Вт∙ч и 1 ч, а пешеход — 260 Вт∙ч и 4 ч. Получается, что затраты энергии на велосипеде будут в 3,7 раза меньше, а время в 4 раза меньше. При крейсерских скоростях, небольших расстояниях и хорошей дороге, велосипед примерно 4 раза эффективнее.
Согласно исследованию Stephen Seiler КПД велосипеда лежит в пределах 18—26% (тем выше, чем выше мощность, т. к. уменьшается доля накладных расходов). В серийных велоэргометрах заложена цифра 22% (справедливо для средних мощностей 100—250 Вт).
Потери мощности в велосипеде при скорости 25 км/ч: передняя и задняя втулка при рабочем ходе — 0,47%; каретка и цепь — 4,5%; качение переднего колеса — 7,4%; качение заднего колеса — 18%. Всего — 30,4%. Оставшиеся 69,6% «съедает» сопротивление воздуха.
На гладком асфальте шоссейный велосипед развивает скорость до 10 км/ч больше, чем горный (или какой-нибудь другой менее эффективный) при одинаковых затратах энергии. Чем выше скорость — тем выше эта разница, на скорости 20 км/ч она незначительна, до 2 км/ч, а на скорости 45 может вырасти до 10. В первую очередь за счёт аэродинамики, во вторую — потерь в велосипеде.
Скорость и времяИтак, с какой же скоростью и какое время можно гнать на велосипеде?
Для примера возьмём 3-х подопытных — мастера, начинающего спортсмена и любителя, дадим им хороший (серийный) шоссейник и безветренный ровный трек, т. е. близкие к идеальным условия.
Вложение:
4.JPG [ 25.02 КБ | Просмотров: 75516 ]
А теперь ближе к реальности. Никакого трека, да и МСМК у нас не водятся. Ехать будет опытный тренированный велосипедист (уровень третьего разряда). Т. е. сильнее меня и на лучшем, чем у меня крокодиле. Мне 150 км да ещё и за 6 ч только сняться. Для большинства велосипедистов это максимальные цифры, к которым можно только стремиться.
В реальных условиях Никопольского района можно подобрать до 3 км ровного асфальта, до 10 км ровной дороги из шлака, более длинные участки — с крупными дефектами и спусками 5 и более процентов. Шоссейные колёса имеют преимущество только на асфальте и плотно укатанном шлаке, на малоукатанном шлаке и на разбитом асфальте (таких дорог у нас большинство) преимущества перед более широкими сликами того же диаметра исчезают. Поэтому преимущество шоссейника над гибридом на расстояниях >10 км в основном в посадке, а над горным/городским кроме того в отсутствии амортизаторов, «злой» резины и уменьшенных до 26'' колёс. Если сравнивать с дорожниками типа «Украины», то здесь преимущество шоссейника будет в основном за счёт передач и посадки.
Вложение:
5.JPG [ 52.93 КБ | Просмотров: 75516 ]
Вход
Регистрация
хорошая работа проделана,полезно и не навязчиво. 
