पावर क्या मापती है, और यह गति से कैसे अलग है
साइक्लिंग पावर वह दर है जिस पर एक राइडर मैकेनिकल कार्य करता है, जिसे वॉट्स में मापा जाता है। इसके विपरीत, गति केवल प्रति इकाई समय में तय की गई दूरी है और यह बाहरी परिस्थितियों पर बहुत अधिक निर्भर करती है: वही पावर आउटपुट ढलान, हवा और सड़क की सतह के अनुसार बहुत अलग-अलग गति उत्पन्न करता है। 10 km/h पर एक खड़ी पहाड़ी चढ़ता हुआ राइडर उसी राइडर की तुलना में कहीं अधिक पावर पैदा कर सकता है जो समतल पर 30 km/h पर चल रहा है, क्योंकि चढ़ाई पर उस पावर का अधिकांश हिस्सा आगे की गति के बजाय शरीर और साइकिल के वजन को गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध उठाने में जा रहा होता है।
यही कारण है कि साइक्लिंग ट्रेनिंग और रेसिंग में पावर प्रयास का पसंदीदा माप बन गई है: गति के विपरीत, यह पहाड़ियों, हवा या ड्राफ्टिंग से विकृत नहीं होती, इसलिए यह राइडर के शारीरिक आउटपुट को सीधे दर्शाती है, और शरीर के वजन के अनुसार सामान्यीकृत करने के बाद सत्र-दर-सत्र और राइडर-दर-राइडर तुलनीय होती है।
भौतिकी मॉडल: तीन प्रतिरोधी बल
मार्टिन और सहयोगियों (1998) जैसे अध्ययनों में सीधे मापी गई पावर के मुकाबले मान्य किया गया एक अच्छी तरह से स्थापित भौतिकी मॉडल तीन प्रतिरोधी बलों को जोड़कर और गति से गुणा करके, फिर चेन और बेयरिंग में घर्षण हानि का हिसाब रखने के लिए ड्राइवट्रेन दक्षता से भाग देकर, किसी दी गई गति पर चलने के लिए आवश्यक पावर की गणना करता है। गुरुत्वाकर्षण बल राइडर और साइकिल के संयुक्त द्रव्यमान को गुरुत्वाकर्षण त्वरण और सड़क कोण की साइन से गुणा करके प्राप्त होता है। रोलिंग प्रतिरोध वही संयुक्त द्रव्यमान है जिसे गुरुत्वाकर्षण त्वरण, सड़क कोण के कोसाइन और एक रोलिंग-प्रतिरोध गुणांक से गुणा किया जाता है। एयरोडायनामिक ड्रैग गति के वर्ग के साथ बढ़ता है, जिसका मतलब है कि इसे पार करने के लिए आवश्यक पावर गति के घन के साथ बढ़ती है।
क्योंकि किसी विशिष्ट राइडर और साइकिल के वास्तविक ड्रैग और रोलिंग पैरामीटर समर्पित टेस्टिंग के बिना शायद ही कभी ज्ञात होते हैं, भौतिकी-मॉडल कैलकुलेटर में सामान्य रूप से विशिष्ट प्रकाशित मूल्यों को स्थिर धारणाओं के रूप में उपयोग किया जाता है: डामर पर रोड टायरों के प्रतिनिधि 0.005 का एक रोलिंग-प्रतिरोध गुणांक (Crr); हुड्स पर सवारी करने वाले रोड राइडर के प्रतिनिधि 0.32 वर्ग मीटर का एक प्रभावी फ्रंटल एरिया (CdA); 15 डिग्री सेल्सियस पर मानक समुद्र-तल मूल्य, 1.225 kg प्रति घन मीटर की वायु घनत्व; और प्रकाशित चेन-ड्राइव मापों के अनुरूप 97.5% की ड्राइवट्रेन दक्षता। स्थिर हवा मानी जाती है, बिना किसी हेडविंड या टेलविंड के।
- P = (F_gravity + F_rolling + F_aero) x v / 0.975
- F_gravity = (m_rider + m_bike) x 9.8067 x sin(atan(grade% / 100))
- F_rolling = (m_rider + m_bike) x 9.8067 x cos(atan(grade% / 100)) x 0.005
- F_aero = 0.5 x 1.225 x 0.32 x v^2 (v in m/s)
उच्च गति पर वायु प्रतिरोध क्यों हावी रहता है
नीचे दी गई तालिका ऊपर दी गई मानक धारणाओं का उपयोग करते हुए, स्थिर हवा में समतल सड़क पर 9 kg की साइकिल पर 75 kg के राइडर के लिए मॉडल अनुमान दिखाती है। ध्यान दें कि वायु प्रतिरोध पर खर्च होने वाली पावर का हिस्सा गति के साथ लगातार कैसे बढ़ता है: एयरोडायनामिक ड्रैग बल एयरस्पीड के वर्ग के साथ बढ़ता है, इसलिए इसे पार करने के लिए आवश्यक पावर घन के साथ बढ़ती है, जबकि रोलिंग प्रतिरोध गति के साथ लगभग स्थिर रहता है।
| गति | अनुमानित पावर | वायु प्रतिरोध पर खर्च हिस्सा |
|---|---|---|
| 20 km/h | ≈ 58 W | ≈ 59% |
| 25 km/h | ≈ 97 W | ≈ 70% |
| 30 km/h | ≈ 152 W | ≈ 77% |
| 35 km/h | ≈ 226 W | ≈ 82% |
| 40 km/h | ≈ 323 W | ≈ 85% |
तुलना मीट्रिक के रूप में वॉट्स प्रति किलोग्राम
वॉट्स प्रति किलोग्राम पावर आउटपुट को राइडर के शरीर के वजन से विभाजित करता है, और यह साइक्लिंग में उपयोग किया जाने वाला मानक सामान्यीकरण है क्योंकि खड़ी ढलानों पर चढ़ाई की गति काफी हद तक कुल सिस्टम वजन के सापेक्ष पावर द्वारा निर्धारित होती है। इसके विपरीत, समतल सड़कों पर, गति काफी हद तक एयरोडायनामिक ड्रैग के सापेक्ष पूर्ण पावर द्वारा निर्धारित होती है, क्योंकि जब सड़क का कोण शून्य के करीब होता है तो गुरुत्वाकर्षण की भूमिका बहुत कम होती है। यह पावर-आधारित ट्रेनिंग साहित्य में प्रलेखित है, विशेष रूप से एलन, कॉगन और मैकग्रेगर की Training and Racing with a Power Meter में, जो विभिन्न शरीर के आकारों में राइडर प्रदर्शन की तुलना करने के लिए वॉट्स प्रति किलोग्राम को एक मानक अक्ष के रूप में उपयोग करती है।
क्योंकि टिकाऊ वॉट्स प्रति किलोग्राम ट्रेनिंग पृष्ठभूमि, प्रयास की अवधि, आयु और कई अन्य व्यक्तिगत कारकों के साथ बेहद भिन्न होता है, कोई एक संख्या सभी राइडरों के लिए एक 'अच्छा' मूल्य परिभाषित नहीं करती; एक स्थिर प्रयास अवधि पर, समय के साथ किसी व्यक्ति के अपने वॉट्स-प्रति-किलोग्राम आंकड़े की तुलना करना आमतौर पर अन्य राइडरों के मुकाबले तुलना करने से अधिक जानकारीपूर्ण होता है।
FTP क्या है?
फंक्शनल थ्रेशोल्ड पावर (FTP) पावर-आधारित ट्रेनिंग साहित्य की एक अवधारणा है, जिसे एलन, कॉगन और मैकग्रेगर की Training and Racing with a Power Meter में वर्णित किया गया है, जो उस उच्चतम पावर आउटपुट को संदर्भित करती है जिसे एक राइडर लगभग एक घंटे तक अर्ध-स्थिर शारीरिक अवस्था में बनाए रख सकता है। यह एक व्यक्तिगत संदर्भ बिंदु के रूप में कार्य करती है: क्योंकि राइडर पूर्ण पावर क्षमता में बेहद भिन्न होते हैं, किसी वर्कआउट की लक्ष्य इंटेंसिटी को राइडर की अपनी FTP के प्रतिशत के रूप में व्यक्त करने से ट्रेनिंग ज़ोन को एक निश्चित वॉटेज पर आधारित होने के बजाय व्यक्तिगत बनाया जा सकता है, जो अलग-अलग राइडरों में अर्थहीन होगा।
FTP जीवन भर के लिए एक निश्चित संख्या नहीं है -- यह फिटनेस बदलने के साथ बदलती है, यही कारण है कि पावर-आधारित ट्रेनिंग प्रोग्राम इसका समय-समय पर पुनर्मूल्यांकन करते हैं। यह लेख केवल अवधारणा का वर्णन करता है; FTP का अनुमान लगाने के लिए विशिष्ट फील्ड-टेस्ट प्रोटोकॉल यहां शामिल नहीं किए गए हैं, क्योंकि टेस्टिंग पद्धति और उपयुक्त इंटेंसिटी प्रगति के लिए एक योग्य कोच या मूल ट्रेनिंग साहित्य का मार्गदर्शन सबसे अच्छा है।
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
साइकिल पर पावर और गति में क्या अंतर है?
पावर वह दर है जिस पर एक राइडर मैकेनिकल कार्य उत्पन्न करता है, जिसे वॉट्स में मापा जाता है, जबकि गति केवल प्रति इकाई समय में तय की गई दूरी है। गति ढलान, हवा और ड्राफ्टिंग से बहुत अधिक विकृत होती है -- वही पावर आउटपुट चढ़ाई पर और समतल सड़क पर बहुत अलग-अलग गति उत्पन्न करता है -- यही कारण है कि पावर को शारीरिक प्रयास का अधिक प्रत्यक्ष और तुलनीय माप माना जाता है।
साइक्लिंग पावर की भौतिकी से गणना कैसे की जाती है?
एक मानक भौतिकी मॉडल तीन प्रतिरोधी बलों -- गुरुत्वाकर्षण, रोलिंग प्रतिरोध और एयरोडायनामिक ड्रैग -- को जोड़ता है, और कुल को राइडिंग गति से गुणा करता है, फिर ड्राइवट्रेन दक्षता से भाग देता है। जब राइडर के अपने मापे गए मूल्य उपलब्ध नहीं होते, तो सामान्य रूप से विशिष्ट प्रकाशित स्थिरांक (0.005 का एक रोलिंग-प्रतिरोध गुणांक, 0.32 वर्ग मीटर का एक फ्रंटल एरिया, 1.225 kg प्रति घन मीटर की वायु घनत्व, और 97.5% ड्राइवट्रेन दक्षता) उपयोग किए जाते हैं।
एक अच्छा वॉट्स-प्रति-किलोग्राम मूल्य क्या है?
वॉट्स प्रति किलोग्राम पावर को राइडर के वजन से विभाजित करके प्राप्त होता है, और यह चढ़ाई पर सबसे अधिक मायने रखता है, जहां गति काफी हद तक कुल वजन के सापेक्ष पावर द्वारा निर्धारित होती है। टिकाऊ वॉट्स प्रति किलोग्राम ट्रेनिंग पृष्ठभूमि, प्रयास की अवधि और आयु के साथ बेहद भिन्न होता है, इसलिए कोई एक 'अच्छी' संख्या सभी राइडरों पर लागू नहीं होती; एक स्थिर अवधि पर समय के साथ किसी व्यक्ति के अपने मूल्य को ट्रैक करना राइडरों के बीच तुलना करने से अधिक जानकारीपूर्ण है।
साइक्लिंग में FTP का क्या मतलब है?
FTP, या फंक्शनल थ्रेशोल्ड पावर, वह उच्चतम पावर आउटपुट है जिसे एक राइडर लगभग एक घंटे तक अर्ध-स्थिर शारीरिक अवस्था में बनाए रख सकता है, यह पावर-आधारित ट्रेनिंग साहित्य (एलन, कॉगन और मैकग्रेगर) में वर्णित एक अवधारणा है। यह एक व्यक्तिगत संदर्भ बिंदु के रूप में कार्य करती है: ट्रेनिंग इंटेंसिटी को आमतौर पर एक निश्चित वॉटेज के बजाय राइडर की अपनी FTP के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है।
उच्च साइक्लिंग गति पर वायु प्रतिरोध अधिक क्यों मायने रखता है?
एयरोडायनामिक ड्रैग बल एयरस्पीड के वर्ग के साथ बढ़ता है, और इसे पार करने के लिए आवश्यक पावर एयरस्पीड के घन के साथ बढ़ती है, जबकि रोलिंग प्रतिरोध गति की परवाह किए बिना लगभग स्थिर रहता है। एक मानक भौतिकी मॉडल में, वायु प्रतिरोध 20 km/h पर कुल पावर का लगभग 59% होता है लेकिन 40 km/h पर लगभग 85% तक बढ़ जाता है, यही कारण है कि रेसिंग गति पर एयरोडायनामिक्स साइक्लिंग प्रदर्शन में हावी रहता है।
संदर्भ
- Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, Coggan AR. Validation of a mathematical model for road cycling power. Journal of Applied Biomechanics 1998; 14(3): 276-291.
- Wilson DG. Bicycling Science, 3rd edition. MIT Press, 2004.
- Allen H, Coggan AR, McGregor S. Training and Racing with a Power Meter, 3rd edition. VeloPress, 2019.
- International Civil Aviation Organization (ICAO). Standard Atmosphere -- sea-level air density 1.225 kg/m^3 at 15 degrees Celsius.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 11th edition. Wolters Kluwer, 2021.