Supporting the community

Fizica Ergometruometrelor

Fizica Ergometruometrelor

 

(Parte din Fizica Vaslitului)

Modificari recente
19FEB08: Taiat si reformatat

 

Atentie: spre deosebire de barcile cu vasle, ergometrele difera fundamental de la un producator la altul. Orice discutie utila a fizicii ergometruometrelor va avea in mod inevitabil o tendinta spre modelul cel mai frecvent utilizat (adica Concept), care, de asemenea, se intampla sa fie cel cu care eu sunt cel mai familiarizat.


1. Introducere

Componentele de baza ale unui simulator de canotaj sunt

  1. Un volant, pentru a stoca energometruia intre lovituri (simularea momentului vaporului)
  2. Un maner, atasat la volant prin intermediul unui lant si pinion, sau prin cablu si scripete (simuland vasla)
  3. Un mecanism de amortizare pe volant (pentru a simula frecarea  apei de barca)
  4. Un mecanism de intoarcere (pentru a simula miscarea barcii pe front-stop)

Urmeaza un fel de monitor de putere / viteza si se numeste ergometru. Unele modele sunt:

 
 
 
Un model olandez similar Conceptului, cu o diferenta importanta: nu numai ca scaunul se misca inapoi si inainte, dar si volantul (un ergometru "dinamic"). Acesta este, in general, considerat cel mai bun simulator de barcaa, deoarece masa volantului este foarte asemanatoare cu masa unei barci. Acest lucru inseamna, de asemenea, ca obtineti scoruri de putere mai mari si (probabil) rate mai mari (vezi sectiunea 12). Monitorul functioneaza pe acelasi principiu general ca si Conceptul.

 

 
 
 
Un model britanic care folosea o paleta orizontala cu umiditate la apa (masa de apa rotativa care constituie "volantul" mai degraba decat paleta insasi). Consultati pagina lui Neil Wallace pentru o descriere a modului in care functioneaza monitorul.


2. Mecanica corpurilor rotative

Legile de miscare ale lui Newton sunt aplicabile sistemelor translationale (adica fortelor si miscarilor care actioneaza in linii drepte). O problema cu aplicarea Legilor lui Newton sistemelor rotative, cum ar fi volantele, este aceea ca viteza liniara v in orice punct depinde de distanta r de la axa de rotatie si este in general mai convenabil sa se foloseasca un set analog de legi exprimat in termeni de viteza unghiulara Ω (= litera greceasca omega), care este aceeasi pentru orice punct al corpului rotativ. Cele doua viteze sunt legate de:

(2.1) ω = v / r

In cazul in care masa m apare in ecuatiile sistemelor de translatie, in sistemele rotative se inlocuieste cu momentul inertiei, I:

(2.2) I = ∑ r 2 δm

Care este sumarea fiecarei componente δm a masei globale la fiecare raza r.

Momentul linear (m x v) se inlocuieste cu un moment unghiular J:

(2.3) J = I ω

Intr-un sistem translational, Legea a doua a lui Newton echivaleaza forta F cu o rata de schimbare a momentului d (m v) / dt sau o masa constanta m inmultita cu o acceleratie liniara a = dv / dt. Intr-un sistem de rotatie, forta este inlocuita cu cuplul, T, iar Legea a doua a lui Newton devine:

(2.4) T = d(I ω) / dt = I ( dω / dt ) = I b

Unde un moment constant de inertie I a fost asumat (adica un corp rigid) si b este acceleratia unghiulara.

Lucrul mecanic W si puterea P (= rata lucrului mecanic) sunt aceleasi in ambele sisteme translational si rotativ, dar derivate din diferite expresii:

  Linear Rotational
(2.5) W = F x W = T θ
(2.6) P = F v P = T ω

Unde x este distanta liniara deplasata si θ (= litera greaca) este unghiul de rotatie. Eq. (2.5) presupune ca forta si cuplul raman constante in timpul lucrului - strict acestea trebuie sa fie integratii: ∫dW = ∫Fdx = ∫Tdθ;

 


3. Disiparea Puterii

Un volant de ergometru pierde viteza, in primul rand datorita energiei necesare pentru a "pompa" aerul (de asemenea datorita frecarii lagarelor si a vascozitatii aerului, dar acestea sunt probabil pierderi minore). Aerul este aspirat in sistem la o viteza m / t [kg / sec] proportionala cu viteza volantului ω:

(3.1) m / t = a ω

Unde a este dependenta in mod constant de setarile de aerisire (de exemplu aerisiri deschise = debit crescut de aer pentru rpm dat = valoarea mai mare a lui a). Acelasi aer paraseste sistemul cu o viteza exterioara, de asemenea proportionala cu viteza volantului, obtinand astfel o energie cinetica proportionala cu patratul vitezei volantului. O masa m de aer care trece prin sistem, prin urmare, castiga energie:

(3.2) E = ½ d m ω2

Unde d este ceva constant pentru un design dat de volant. Punerea impreuna a Eqs. (3.1) si (3.2), aceasta implica faptul ca volantul pierde energie in aer la o rata (= disipare de putere) proportionala cu cubul vitezei unghiulare:

(3.3) P = E / t = ( E / m ) ( m / t ) = k ω3

Unde k (= ½d a) cuprinde constantele din cele doua ecuatii anterioare. Aceasta disipare a puterii apare ca un "cuplu de tractiune" D, proportional cu patratul vitezei unghiale ω (de la ecuatia 2.6, dar vezi nota 1:

(3.4) D = k ω2


4. Puterea Furnizata

Vaslasul functioneaza intr-un sistem de translatie: aplicarea unei forte F si deplasarea manerului cu o viteza liniara v, generand astfel puterea PP

(4.1) P = F v

Viteza liniara a manerului este legata de viteza unghiulara a volantului (Eq.2.1) de raza scripetelui r:

(4.2) v = ω r

Marimea scripetelui determina, de asemenea, relatia dintre forta aplicata F si cuplul rezultat T pe volant:

(4.3) T = F r

Daca volantul se roteste la o viteza unghiulara constanta, cuplul aplicat T (Eq. 4.3) trebuie sa echilibreze cuplul mediu de tractiune (Ecuatia 3.4):

(4.4) F r = k ω2

Deci, puterea P ceruta de la vaslas (ecuatiile (4.1) si (4.2)) este:

(4.5) P = F ω r = k ω3

Puterea este (aproximativ) legata de cubul vitezei volantului

(Similar cu relatia v3 pentru o barca). Deci, pentru a face ca volantul sa se roteasca de doua ori mai repede, trebuie sa furnizati de 8 ori mai multa putere. Acest lucru poate fi obtinut prin reducerea la jumatate a marimii scripetelui (astfel incat viteza manerului v ramane aceeasi daca ω este dublata) si ofera de 8 ori mai multa forta, Sau prin mentinerea aceleiasi marimi de scripete (caz in care viteza manerului este de asemenea dublata pentru a tine pasul cu noua rata de rotatie) si care furnizeaza o forta de 4 ori mai mare sau alte combinatii de marime a scripetelui (= viteza manerului) si forta.

 


5. Schimbarea Scripetului

Unele dintre cele mai vechi tipuri de ergometru va permit sa setati lantul pe role de dimensiuni diferite pentru a schimba angrenajul.

Sa presupunem ca raza rolei este schimbata de la r la r1. Pentru a mentine aceeasi viteza a volantului, forta aplicata F va trebui de asemenea sa fie schimbata la F1 (folosind Eq. 4.4):

(5.1) F1r1 = k ω2 = F r

Rearanjarea acestui lucru confera noua forta F1:

(5.2) F1 = F r / r1

Dar, pentru o anumita viteza a volantului ω, schimbarea rolei modifica de asemenea viteza manerului de la v la v1 (folosind Eq. 4.2:

(5.3) v1 / r1 = ω= v / r

Care poate fi rearanjata pentru a da noua viteza a manerului v1:

(5.4) v1 = v r1 / r

Deci, folosind F1 din Eq. (5.2) si v1 din Eq. (5.4), puterea P1 necesara pentru a mentine viteza initiala cu noua parghie este:

(5.5) P1 = F1 v1 = ( F r / r1 ) ( v r1 / r ) = F v = P

Adica la fel ca vechea putere. Aducand acest lucru in cuvinte: desi puteti mentine o anumita viteza a volantului cu o forta mai mica, folosind o parghie mai mare, va trebui sa aplicati aceasta forta mai repede, astfel incat puterea (= forta x viteza) necesara ramane aceeasi.

Dimensiunea rolei nu afecteaza relatia dintre puterea furnizata si viteza volantului.

Este exact la fel ca si calarirea unei biciclete intr-o alta treapta de viteza sau schimbarea raportului sau a lungimii bratului.

 


6. Schimbarea Amortizarii

Pentru rezistenta la aer, amortizarea este contparghieta de orificii de alunecare care limiteaza cantitatea de aer care este "pompat" de ventilator. Pe un Concept model C si mai tarziu, setarea de aerisire este contparghieta de o parghie cu pozitiile 1-10 (1 = cea mai usoara, 10 = cea mai grea.

Schimbarea fluxului de aer in ergometru inseamna ca constanta a in Eq. (3.1) este modificata. Deoarece constanta k in Eq. (3.4) este proportionala cu a, aceasta modifica cuplul de franare:

(6.1) D = k1 ω2

IDaca trebuie mentinuta aceeasi viteza ω a volantului, puterea necesara P1 (din ecuatia 2.6) este data de

(6.2) P1 = k1 ω3

Inlocuirea pentru ω3 din Eq. (3.3),

(6.3) P1 = ( k1 / k) P

Astfel incat, spre deosebire de schimbarea de parghie, de aceasta data puterea este diferita.

Modificarea amortizarii modifica relatia dintre puterea si viteza volantului

Exista si alte moduri neintentionate in care amortizarea se poate schimba: modificari ale frictiunii in rulmenti odata cu uzura, apropierea de perete sau alte ergometre, presiunea aerului, viscozitatea ... Din aceste motive, computerele de ergometru nu masoara pozitia levierului ventilatiei pentru a determina cuplul de amortizare prin constanta a, dar folositi o metoda mai directa, explicata in sectiunea urmatoare.

 

 


7. Masurarea Amortizarii

In timpul fazei de "recuperare" a ciclului de vaslire, nu este aplicata nicio putere asupra volantului, astfel incat acesta incetineste. In aceasta perioada, singurul cuplu experimentat de volant este amortizarea, folosind Legea a 2-a a lui Newton:

(7.1) D = -I ( dω / dt )

Daca se masoara viteza de schimbare a vitezei unghiulare dω / dt (adica deceleratia) si se stie momentul inertiei I (presupusa constanta si aceeasi pentru toate volantele aceluiasi model), cuplul de amortizare D poate fi calculat.

Cu toate acestea, D in sine este o functie de viteza unghiulara ω (Eq.3.4), deci un parametru mai important este “factorul de franare” k

(7.2) k = - I ( dω / dt ) (1 / ω2 ) = I d(1/ω) / dt

Unde k poate fi calculata rotatie cu rotatie folosind prima expresie mediata, sau doar o singura data pentru intreaga faza de recuperare utilizand a doua expresie. Factorul de franare calculat k poate fi afisat pe monitorul Concept (unitati 10-6 N m s2) si pe monitorul Rowperfect se afiseaza ceva similar numit "Factor de rezistenta" (ma tem ca nu cunosc unitatile) .

Prin masurarea amortizarii, ergometrul va compensa automat oricare dintre urmatoarele:
  • Deschiderea / inchiderea orificiilor de ventilatie pentru a creste / reduce rezistenta
  • Schimbrea frecarii pe rulmentii volantei cu timpul
  • Modificari ale presiunii aerului, densitatii, vascozitatii etc.
  • Factori de mediu, cum ar fi apropierea de pereti sau alte ergometre
Lucrurile care nu sunt compensate sunt:
  • Schimbari in frecarea lantului
  • Modificari ale tensiunii mecanismului de intoarcere
  • Variatiile de productie ale momentului de inertie ale volantului (probabil neglijabile)
  • Schimbari in momentele de inertie ale volantului (putin probabil cu volanele solide)

 

Primele doua efecte sunt necompensate deoarece nu au nici o influenta asupra amortizarii, urmatoarele doua sunt necompensate deoarece ele afecteaza momentul de inertie care se presupune a fi doar un numar fix in calculul amortizarii. Asa cum am mentionat in sectiunea 4, schimbarea aparenta a rezistentei de schimbare a parghiei este pur si simplu un efect de "angrenare" (adica fara legatura cu amortizarea), astfel incat nu este necesara compensarea pentru a se tine cont de aceasta.

 


8. Masurarea Puterii Furnizate

Cu amortizare variabila, acceleratia volantului dω / dt se masoara in timpul fazei vaslire si in functie de cuplul net (= cuplul aplicat minus cuplul de tractiune, Eq. 2.4):

(8.1) T - D = I ( dω / dt )

Energia furnizata de catre coloana pentru a intoarce volantul printr-un unghi dθ este asadar data de (Eq.2.5:

(8.2) dE = T = I ( dω / dt ) dθ + D
    = I ( dω / dt ) dθ + k ω2

Unde toti termenii sunt fie constanti (I), fie masurati direct (ω, t, θ), fie constante asumate din derivare in faza de recuperare anterioara (k, vezi Eq.7.2). Rowperfect are un termen suplimentar care reprezinta lucrul mecanic efectuat impotriva tensiunii cablului de soc.

Puterea medie furnizata pe cursa este apoi obtinuta prin impartirea energiei pe cursa E cu timpul necesar pentru fiecare ciclu de curse t

(8.3) P = E / t

See Note (2).


9. Viteza Indicata Divizari si Distanta

Din ecuatia (3.3), puterea disipata pe un ergometru este legata de cubul vitezei de rotatie (P = k ω3). O relatie similara a legii cubului se aplica pentru puterea disipata si viteza barcii u (vezi Elementele de baza, Ecuatia 2.2)

(9.1) P = k ω3 = c u3

Deci, este normal sa se raporteze viteza de rotatie a ventilatorului ω la viteza liniara indicata u, iar numarul de rotatii θ la distanta indicata acoperita s:

(9.2) u = ( k / c )1/3 ω
(9.3) s = ( k / c )1/3 θ

Pentru ergometrele cu amortizare fixa ​​(modelul vechi Concept A si WaterRower), acestea sunt legate de o constanta fixa. Cu toate acestea, pentru ergometrele de amortizare variabila (Concept B, C, Rowperfect), factorul de franare k poate varia, astfel incat calculatorul poate reevalua constantele cursa cu cursa. Deci, in timp ce distanta acoperita in fiecare vaslire este legata de numarul de intoarceri in timpul acelui curse, factorul se poate schimba de la o vaslire la alta, daca k se modifica.

 

Cifra folosita pentru c este oarecum arbitrara - selectata pentru a indica o viteza "realista" a barcii pentru o anumita putere de iesire. Concept folosea un factor c = 2,8, care, pentru o divizare de 2:00 pe 500m (echivalenta cu u = 500/120 = 4,17m / s), da 203 Watts. Cu toate acestea, Marinus van Holst ("In spatele displayului Ergometrului"), crede ca formula folosita este echivalenta cu

(9.4) P = 4.31 u2.75

Oferind 218 W pentru un split de 2:00 (din experienta mea acest lucru este un pic cam mare).

Rowperfect foloseste cu siguranta legea cubului, dar valoarea c poate fi ajustata pentru diferite tipuri de barci si greutate si sex.

 


10. Puterea Indicata v. Viteza Indicata Divizari

Chiar daca factorul de amortizare k ar trebui sa ramana constant (Eq.9.1), nu ar exista o relatie fixa ​​intre puterea medie pentru o bucata si distanta sau viteza medie. Acest lucru rezulta din relatia neliniara dintre putere si viteza (adica P = c u3 mai degraba decat P = c u), operand atat de la o vaslire la alta, cat si in cadrul unor vasliri individuale.

Luati cazul de a vasli o bucata de 1000 m in 4 minute, fie (a) la o rata uniforma de divizarii 2: 00 / 500m, fie (b) vasliti primele 500m la un ritm constant de 1:50 si a doua jumatate la un echilibru 02:10. Utilizand Eq. (9.1) Puterea medie pentru fiecare dintre aceste doua segmente va fi

(10.1) (a): P = c (500/120)3 = 72.34c
(10.2) (b): P = (110c/240).(500/110)3 + (130c/240).(500/130)3 = 73.86c

Astfel, pentru aceeasi viteza medie este nevoie de mai multa putere daca impartirea este neuniforma (acest lucru este valabil si pentru barci: consultati sectiunea 5.

 

Cu toate acestea, chiar mentinand o impartire constanta, nu exista o relatie fixa ​​intre putere si viteza, datorita variatiei vitezei in timpul vaslitului. Divizarea deriva din viteza medie de rotatie a ventilatorului ω in timpul vaslirii (Eq.9.2), in timp ce puterea este proportionala cu o medie de ω3. Astfel, de exemplu, vaslind cu viteza mai scazuta va duce la o variatie mai mare a lui ω in timpul ciclului vaslei, astfel incat media lui ω3 va fi mai mare si este necesara o mai mare putere pentru a mentine aceeasi viteza medie. (In termeni de barca, de aceea au fost dezvoltate ambarcatiuni "glisante" pentru a reduce variatia vitezei corpului in timpul ciclului de vaslire - Sectiunea 5.

 

Consultati sectiunea 13 pentru efectul cadentei asupra puterii reale a vaslasului.

 


11. Puterea v. Calorii Indicate

Modelul Concept C are, de asemenea, un afisaj "Calorii" ca un ghid (foarte) grosier la numarul de calorii pe care o persoana le-a ars intr-o bucata de traseu. Acest lucru nu este acelasi cu lucrul mecanic efectuat.

Lucrarul mecanic W (un tip de energie) este definita ca puterea medie x timp:

(11.1) W = P t

Daca puterea P este masurata in wati si timpul t in secunde, atunci lucrarul mecanic W este obtinut in jouli. Deci, vaslind un 200W constant timp de 30 de minute, ati genera o cantitate de lucru mecanic

(11.2) W = 200 x 1800 = 360 000 J = 360 kJ

In fizica, o "calorie" este definita ca cantitatea de energie termica necesara pentru ridicarea temperaturii unui gram de apa cu 1 grad, rezultand 1 calorie = 4,2 jouli. Pe de alta parte, nutritionistii folosesc termenul "calorii" in mod diferit - "caloriile" lor sunt de 1000 de ori mai mari (kilo-calorii, kC), impartind astfel 360 kJ la 4.2. rezulta lucrul mecanic rezultat in termeni de calorii hranitoare: 85,6 kC

Cu toate acestea, pentru antrenamentul de mai sus, veti obtine o valoare afisata care se apropie de 500 kC, adica un factor de 5 - 6 ori mai mare. Acest lucru se datoreaza faptului ca computerul incearca sa calculeze numarul de calorii pe care le ardeti (in mod eficient, energia chimica continuta in grasimi si carbohidrati) pentru a genera lucrul mecanic. Utilizeaza formula

(11.3) E = ( 4 W + 0.35 t ) / 4.2 [kC]

Unde E este numarul de calorii afisat [kC], W este lucrul mecanic in kJ, calculat conform Eq. (11.1), t este timpul in secunde. Aceasta presupune ca organismul necesita de fapt 4 unitati de energie chimica pentru a genera 1 unitate de energie mecanica (adica o eficienta de 25%) plus un consum de fond de 0,35 kJ / sec (= 300 kC / ora.

 

Comentariu Jon Williams despre Concept2 (12 Aug 04)
300 kC / ora a fost intotdeauna cea mai buna aproximare a noastra pentru mentinerea vie si treaza si trecerea prin miscarea de vaslire intr-un ritm rezonabil a ratei de vaslire pe un ergometru cu volantul scos. Acest lucru a fost obtinut din experimente si observatii interne, date de la Fritz Hagerman si studii efectuate la Ball State.

Pentru antrenamentul de mai sus acest lucru ar da

(11.4) E = ( 4.0 x 360 + 0.35 x 1800 ) / 4.2 = 493 [kC]

Afisarea "calorii" pe un ergometr Concept este un ghid aproximativ pentru calorii [kC] arse, mai degraba decat lucrul mecanic efectuata


12. Ergometruometrie dinamica si statica

O diferenta fundamentala intre mecanica liniara a unui ergometru "static" (cum ar fi un concept) si o barca poate fi ilustrata prin urmatorul test:

  • Daca va asezati pe opritorul frontal pe un ergometru si apoi impingeti picioarele jos va deplasati inapoi fata de camera cu o lungime egala cu lungimea piciorului
  • Daca stati la capatul unei barci si apoi impingeti picioarele in jos (vaslele din apa), va deplasati inapoi in raport cu banca cu o suma de ~ 20% din lungimea piciorului - restul miscarii este preluat de barca ce se indeparteaza de tine.

Acesta este rezultatul principiului actiunii-reactiunii (Legea a 3-a a lui Newton). Forta aplicata de picioare asupra intinzatorului actioneaza in mod egal asupra dvs. si a intinzatorului. In cazul static, intizatorul este atasat efectiv la intreaga planeta, astfel incat nu se misca – voi faceti toata miscarea. In cazul dinamic, masa barcii este mult mai usoara (de obicei 10-20%) decat tine, deci se misca mai departe decat tine.

Aceasta nu este doar o problema a cadrului de referinta: in static (ergometru), de fapt, efectuati mai multa munca in accelerarea greutatii corporale decat in ​​cazul dinamic (plutitor) in care lucrarea este impartita intre accelerarea barcii si a corpului in directii opuse.

Un ergometru "dinamic", cum ar fi RowPerfect, incearca sa simuleze efectul de reactie prin faptul ca are suportul / volantul (care cantareste cam aproximativ aceeasi cu o barca), de asemenea, montat pe o sina, astfel incat sa absoarba de asemenea cea mai mare parte a miscarii. Punerea conceptului pe "carucioare" simuleaza si acest efect, desi ergometrul Concept este mult mai greu decat o barca, nu este la fel de realist ca RowPerfect.

OK, acestea sunt principiile. Iata matematica ...

Imaginati-va pe cineva de masa Ma stand intr-o barca de masa Mb, initial in odihna, apoi separandu-si centrul de masa cu o distanta x intr-un timp t cu acceleratie constanta. Prin conservarea momentului, viteza finala Va, Vb (masurata in directii opuse) a fiecarei componente va fi data de:

(12.1) Ma Va = Mb Vb

Deoarece separarea totala s este atinsa intr-un timp t, la o acceleratie constanta, atunci

(12.2) Va + Vb = s / t

Apoi, energia cinetica totala E in starea finala (care trebuie furnizata de vaslas) este data de

(12.3) E = ½ Ma Va2 + ½ Mb Vb2
    = ½ Ma Va2 + ½ (Ma Va) ( s/t - Va )
    = ½ Ma Va (s/t)

Introducerea unor numere tipice: Ma = 75 kg, t = 1 sec, s = 1 metru.

In cazul static, Mb este efectiv infinit si Vb = 0, dand Va = 1 m / s,

(12.4) Static: E = 75 x 1 x 1 / 2 = 37.5 J

In cazul dinamic, Mb = Ma / 5, deci Vb = 5 Va, oferind Va = 1/6 m / s si Vb = 5/6 m / s:

(12.5) Dynamic: E = 75 x (1/6) x 1 / 2 = 6.25 J

Adica, pe un ergometru static, vaslasul este obligat sa introduca de sase ori mai multa energie in accelerarea / decelerarea doar a greutatii corporale, in comparatie cu o barca sau un ergometru dinamic in care energia este impartita intre greutatea corporala si barca / ergometru.

Cas Rekers (designerul Rowperfect) a efectuat teste comparand iesirea de putere "indicata" cu si fara volantul fixat - subiectul a castigat aproximativ 10-20% putere de iesire in cel de-al doilea caz, reprezentand puterea suplimentara care ar putea fi aplicata volantei in loc sa accelereze greutatea corporala.

Mai multa energie este folosita prin accelerarea corpului inapoi si inainte decat prin accelerarea corpului + (barca) / ergometru in directii opuse.

Acesta este, de asemenea, un motiv pentru care "prinderea" pe un ergometru static se simte relativ "slabita" in comparatie cu o barca: presiunea initiala asupra picioarelor este de fapt utilizata pentru decelerarea / accelerarea corpului, astfel incat acceleratia manerului(simtita ca o presiune in maini) poate incepe doar odata ce corpul a schimbat directia. Prinderea din maner se simte "tarziu" in comparatie cu prinderea pe carucior.

 


13. Efectul ratingului

Este bine cunoscut faptul ca majoritatea recordurilor mondiale la ergometru (cel putin la Concept) sunt stabilite la rate mult mai scazute decat cele utilizate in barcile de curse pentru evenimente de durata similara. Exista probabil doua motive pentru acest lucru

  1. Cursa vaslei de canotaj se deplaseaza intr-un unghi si, prin urmare, este mai putin eficienta la capete decat la mijloc - cursa ergometrului este la fel de eficienta la toate etapele cursei vaslei, prin urmare lungimea suplimentara are un beneficiu mai mare (plus nu se pierde lungime datorita necesitatii de a acoperi / extraget lama)
  2. Vaslasul de ergometru trebuie sa efectueze o operatie suplimentara de accelerare / decelerare a greutatii corporale a fiecarei curse de vasla - intr-o barca, corpul se deplaseaza mult mai putin in raport cu centrul de masa al intregului sistem, deci exista o pierdere mai mica pentru evaluari mai mari.
  3. Iata un calcul brut al cantitatii de energie pierduta de catre un vaslas de ergometru care trebuie sa accelereze / sa decelereze greutatea corporala la fiecare cursa a vaslei. Daca evaluarea este R (curse / minut), atunci timpul t [s] pentru fiecare cursa este:

(13.1) t = 60 / R

Presupunand ca vaslasul deplaseaza in sus sau in jos caruciorul pe o distanta s, la aceeasi viteza constanta in cursa vaslei, precum si recuperarea si schimba directia instantaneu (!) la fiecare capat, viteza v va fi

(13.2) v = 2 s / t = 2 s R / 60

Pentru un coeficient de masa m, energia cinetica asociata cu aceasta miscare este:

(12.3) U = ½ m v2 = 2 m ( s R / 60 )2

Presupunand ca capetele cursei vaslei sunt "neelastice" (adica nu "vibreaza" la recuperare), atunci vaslasul cu masa m, trebuie sa furnizeze suficient lucru mecanic pentru a recrea energia cinetica U de fiecare data cand schimba directia, necesitand o rata a lucrului mecanic(= Putere) de

(13.4) P = 2 U ( R / 60 ) = 4 m s2 ( R / 60 )3

Sa incercam niste valori: pentru m = 75 kg, s = 1 m, R = 30 str / min, aceasta da

(13.5) P = 4 x 75 x (1)2 x (30/60)3 = 37.5 W

(Retineti ca acesta este acelasi raspuns ca si Eq. 12.4, care este, de fapt, derivat pentru aceleasi conditii). Deci, vaslasul de mai sus cheltuieste 37,5 W doar deplasand in sus si in jos caruciorul la rata 30 (chiar fara a se tine pe maner).

Retineti ca rata apare ca termen cub: schimbarea ratei de la 30 la 36 (un factor 1.2) are ca rezultat un factor (1.2) 3 = 1.7 de crestere a pierderii de putere. In mod similar, ratingul 24 mai degraba decat 30 consuma (0,8) 3 = 0,5 - se pierde doar aproximativ jumatate din putere.

De asemenea, retineti aparitia termenului vaslire-distanta s2 - sportivii mai inalti vor suferi mult mai mult la rate mai mari decat sportivii mai scunzi.

Exista si alte cateva efecte care au fost ignorate in toate acestea, care sunt probabil mai mici si, de asemenea, se anuleaza intr-o oarecare masura in timpul ciclului de vaslire (adica o parte din energia pierduta este recuperata intr-o alta parte a vaslitului).


14. Efectul altitudinii

O formula aproximativa pentru rata de schimbare a presiunii de aer p cu altitudinea este:

(14.1) p = p0 exp(-z/7000)

Unde p0 este presiunea la nivelul marii (aproximativ 1000 mb) si z este altitudinea deasupra nivelului marii in metri.

Ergometrele cu autocalibrare, cum ar fi Concept si RowPerfect, ar compensa acest lucru prin calcularea unui factor de franare redus (sectiunea 7), astfel incat sa se ofere inca o masurare exacta a lucrului mecanic efectuat.

Eq. (14.1) corespunde unei scaderi de presiune de 1% pentru fiecare 70 m de crestere in altitudine. Aceasta inseamna ca, pentru un anumit volum pulmonar si o rata de respiratie, cantitatea de oxigen luata in sange ar scadea de asemenea cu 1% la fiecare 70m. Daca absorbtia oxigenului prin plamani reprezinta factorul limitator al puterii aerobe, atunci va asteptati ca scorurile de putere la ergometru sa scada cu aceeasi viteza (sau timpii de impartire pentru a creste cu 1% pentru fiecare 210 m datorita relatiei de cub intre putere si viteza, Eq. 4.5). De exemplu, in Denver (altitudine de 1500m), presiunea aerului este de numai 80% din valoarea nivelului marii, astfel incat oricine se deplaseaza de la nivelul marii si incearca sa opereze pe distante lungi, vor descoperi probabil ca puterea lor va scadea cu 20% (Sau timpul cu aproximativ 7%).

 

In mod similar, cineva care se misca in directia opusa (1500 de metri pana la nivelul marii) ar gasi cu 25% mai mult oxigen la fiecare plaman de aer.

 


15. Glosar de termeni utilizati in mecanica rotationala

Unghiul de rotatie (θ) (unitati: radiani, analog linear: deplasare sau distanta)
Pozitie unghiulara. Exprimata conventional in "radiani", 1 revolutie = 2π radiani, 1 radian = 180 / π (aproximativ 57) grade.

Viteza unghiulara (ω) (Unitati: rad / s, Analog liniar: viteza)
Rata de schimbare a unghiului de rotatie in timpu. De asemenea, se poate masura in grade / secunda sau in rotatii / minut etc., dar un avantaj al utilizarii rad / s este acela ca da o conversie directa la viteza v (in m / s): = ω r

Acceleratia unghiulara (b) (Unitati: rad / s2, Analog liniar: Acceleratia)
Rata de schimbare a vitezei unghiulare in timp: b = ( dω / dt )

Momentul inertiei (I) (Unitati: kg.m2, Analog liniar: Masa)
Suma (masa x patratul distantei fata de axa de rotatie) pentru fiecare element de masa al sistemului. De exemplu. Pentru un inel subtire de 10 kg cu raza de 10 cm, momentul inertiei este: 10 kg x (0,1 m) 2 = 0,1 kg.m2. Pentru alte forme, avand in vedere distributia masei m (r) in functie de raza r, este necesara o integrare ∫ dI = ∫ r 2 dm. Pentru un disc acesta da I = ½ m a2, unde a este raza discului.

Momentul unghiular (J) (Unitati: kg m2 rad / s, Analog liniar: Momentul)
Produsul Momentul inertiei x viteza unghiulara.

Cuplu (T, D) (Unitati: N.m, Analog liniar: Force)
Produsul Fortei x distanta de la axa de rotatie la care se aplica forta. De exemplu. Daca o forta de 10 N este aplicata printr-o rola cu o raza de 3 cm, cuplul este de 10 N x 0,03 m = 0,3 N.m .

 


Notite

  1. D = k ω2 este valabil numai pentru amortizarea fluida: alte mecanisme de amortizare, de ex. Electromagnetic sau centura de frecare, urmati o relatie D = k ω. Pentru o valoare initiala data de D si ω, pe masura ce ω creste pe parcursul cursei vaslei, o amortizare k ω creste rezistenta mai lent decat o amortizare k ω2, ceea ce confera o senzatie de "mai usor" la final.
  2. Un raspuns similar ar putea fi obtinut pur si simplu prin medierea lui P = k ω3 pe parcursul unui ciclu de vaslire. Cu toate acestea, acest lucru nu ar lua in considerare nici o energie cinetica suplimentara introdusa in volant pe acel ciclu de vaslire, iar Eq. (8.2) este mai exacta oricum, deoarece primul termen (dominant) deriva din Legea lui Newton (robusta) in timp ce relatia D = k ω2 este doar o aproximare.

 

Translated by: Irina Vasilescu

Link to the original page: Click Here

We love giving back to the community

We believe in helping people and that matter to us more than anything else. Since the very beginning of our company, our team have been willing and wishing to help.