Apa yang diukur daya, dan bedanya dengan kecepatan
Daya bersepeda adalah laju seorang pesepeda melakukan kerja mekanis, diukur dalam watt. Kecepatan, sebaliknya, sekadar jarak yang ditempuh per satuan waktu dan sangat bergantung pada kondisi luar: keluaran daya yang sama menghasilkan kecepatan yang jauh berbeda tergantung kemiringan jalan, angin dan permukaan aspal. Pesepeda yang mendaki bukit curam pada 10 km/jam bisa saja memproduksi daya jauh lebih besar daripada pesepeda yang sama saat melaju di jalan datar pada 30 km/jam, karena di tanjakan sebagian besar daya itu terpakai untuk mengangkat berat tubuh dan sepeda melawan gravitasi, bukan untuk kecepatan maju.
Karena itulah daya menjadi ukuran usaha yang lebih disukai dalam latihan maupun balap sepeda: tidak seperti kecepatan, daya tidak terdistorsi oleh tanjakan, angin atau drafting, sehingga ia mencerminkan keluaran fisiologis pesepeda secara langsung, dapat dibandingkan antarsesi dan antarpesepeda begitu dinormalkan terhadap berat badan.
Model fisika: tiga gaya penghambat
Sebuah model fisika mapan, yang tervalidasi terhadap daya terukur langsung dalam studi seperti Martin dan rekan (1998), menghitung daya yang dibutuhkan untuk melaju pada kecepatan tertentu dengan menjumlahkan tiga gaya penghambat lalu mengalikannya dengan kecepatan, kemudian membaginya dengan efisiensi drivetrain untuk memperhitungkan rugi gesekan pada rantai dan bantalan. Gaya gravitasi adalah massa gabungan pesepeda dan sepeda dikali percepatan gravitasi dikali sinus sudut jalan. Hambatan gulir adalah massa gabungan yang sama dikali percepatan gravitasi dikali kosinus sudut jalan dikali koefisien hambatan gulir. Sementara itu, hambatan aerodinamis tumbuh sebanding kuadrat kecepatan, sehingga daya untuk mengatasinya tumbuh sebanding pangkat tiga kecepatan.
Karena parameter hambatan udara dan gulir sebenarnya dari seorang pesepeda dan sepedanya jarang diketahui tanpa pengujian khusus, nilai-nilai terbitan yang lazim dipakai sebagai asumsi tetap dalam kalkulator berbasis model fisika: koefisien hambatan gulir (Crr) 0,005, mewakili ban jalan raya di atas aspal; luas frontal efektif (CdA) 0,32 meter persegi, mewakili pesepeda jalan raya yang bertumpu di hoods; kerapatan udara 1,225 kg per meter kubik, nilai baku permukaan laut pada 15 derajat Celsius; serta efisiensi drivetrain 97,5%, sejalan dengan pengukuran rantai penggerak yang dipublikasikan. Udara diasumsikan tenang, tanpa angin depan maupun angin belakang.
- 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 dalam m/s)
Mengapa hambatan udara mendominasi pada kecepatan tinggi
Tabel di bawah menampilkan perkiraan model untuk pesepeda 75 kg dengan sepeda 9 kg di jalan datar dan udara tenang, memakai asumsi baku di atas. Perhatikan bagaimana porsi daya yang habis untuk melawan hambatan udara naik terus seiring kecepatan: gaya hambat aerodinamis tumbuh sebanding kuadrat kecepatan udara, sehingga daya untuk mengatasinya tumbuh sebanding pangkat tiga, sedangkan hambatan gulir nyaris tidak berubah terhadap kecepatan.
| Kecepatan | Perkiraan daya | Porsi untuk melawan hambatan udara |
|---|---|---|
| 20 km/jam | ≈ 58 W | ≈ 59% |
| 25 km/jam | ≈ 97 W | ≈ 70% |
| 30 km/jam | ≈ 152 W | ≈ 77% |
| 35 km/jam | ≈ 226 W | ≈ 82% |
| 40 km/jam | ≈ 323 W | ≈ 85% |
Watt per kilogram sebagai metrik pembanding
Watt per kilogram membagi keluaran daya dengan berat badan pesepeda, dan inilah normalisasi baku dalam bersepeda karena kecepatan mendaki pada tanjakan curam sebagian besar ditentukan oleh daya relatif terhadap berat total sistem. Di jalan datar, sebaliknya, kecepatan sebagian besar ditentukan oleh daya absolut relatif terhadap hambatan aerodinamis, sebab gravitasi hampir tidak berperan ketika sudut jalan mendekati nol. Hal ini terdokumentasi dalam literatur latihan berbasis daya, terutama Training and Racing with a Power Meter karya Allen, Coggan dan McGregor, yang memakai watt per kilogram sebagai sumbu baku untuk membandingkan performa pesepeda dengan ukuran tubuh berbeda.
Karena watt per kilogram yang berkelanjutan sangat bervariasi menurut latar belakang latihan, durasi usaha, usia dan banyak faktor individual lain, tidak ada satu angka pun yang bisa disebut nilai “bagus” bagi semua pesepeda. Membandingkan angka watt per kilogram milik sendiri dari waktu ke waktu, pada durasi usaha yang konsisten, umumnya jauh lebih informatif daripada membandingkannya dengan pesepeda lain.
Apa itu FTP?
Functional Threshold Power (FTP), atau daya ambang fungsional, adalah konsep dari literatur latihan berbasis daya yang diuraikan dalam Training and Racing with a Power Meter karya Allen, Coggan dan McGregor. Istilah ini merujuk pada keluaran daya tertinggi yang sanggup dipertahankan seorang pesepeda dalam keadaan fisiologis nyaris tunak selama kira-kira satu jam. FTP berfungsi sebagai titik acuan personal: karena kemampuan daya absolut tiap pesepeda berbeda jauh, menyatakan intensitas target sebuah latihan sebagai persentase dari FTP miliknya sendiri membuat zona latihan bisa dipersonalisasi, alih-alih memakai wattage tetap yang tidak akan bermakna lintas pesepeda.
FTP bukan angka tunggal yang berlaku seumur hidup -- ia berubah seiring perubahan kebugaran, dan karena itulah program latihan berbasis daya menilai ulang FTP secara berkala. Artikel ini hanya menjelaskan konsepnya; protokol tes lapangan spesifik untuk memperkirakan FTP tidak dibahas di sini, sebab metodologi pengujian dan penambahan intensitas yang tepat paling baik dipandu pelatih berkompeten atau literatur latihan sumbernya.
Pertanyaan yang sering diajukan
Apa beda daya dan kecepatan pada sepeda?
Daya adalah laju kerja mekanis yang dihasilkan pesepeda, diukur dalam watt, sedangkan kecepatan sekadar jarak yang ditempuh per satuan waktu. Kecepatan sangat terdistorsi oleh kemiringan jalan, angin dan drafting -- keluaran daya yang sama menghasilkan kecepatan yang jauh berbeda di tanjakan dibanding di jalan datar. Karena itu daya dipandang sebagai ukuran usaha fisiologis yang lebih langsung dan lebih bisa dibandingkan.
Bagaimana daya bersepeda dihitung dari fisika?
Model fisika baku menjumlahkan tiga gaya penghambat -- gravitasi, hambatan gulir dan hambatan aerodinamis -- lalu mengalikan totalnya dengan kecepatan, kemudian membaginya dengan efisiensi drivetrain. Konstanta terbitan yang lazim (koefisien hambatan gulir 0,005, luas frontal 0,32 meter persegi, kerapatan udara 1,225 kg per meter kubik, dan efisiensi drivetrain 97,5%) umum dipakai ketika nilai terukur milik pesepeda sendiri tidak tersedia.
Berapa nilai watt per kilogram yang tergolong bagus?
Watt per kilogram adalah daya dibagi berat badan pesepeda, dan angka itu paling menentukan di tanjakan, tempat kecepatan sebagian besar ditentukan oleh daya relatif terhadap berat total. Watt per kilogram yang berkelanjutan sangat bervariasi menurut latar belakang latihan, durasi usaha dan usia, sehingga tidak ada satu angka “bagus” yang berlaku bagi semua pesepeda; memantau nilai sendiri dari waktu ke waktu pada durasi konsisten jauh lebih informatif daripada membandingkannya antarpesepeda.
Apa arti FTP dalam bersepeda?
FTP, atau Functional Threshold Power (daya ambang fungsional), adalah keluaran daya tertinggi yang sanggup dipertahankan seorang pesepeda dalam keadaan fisiologis nyaris tunak selama kira-kira satu jam, sebuah konsep yang diuraikan dalam literatur latihan berbasis daya (Allen, Coggan dan McGregor). FTP berperan sebagai titik acuan personal: intensitas latihan lazim dinyatakan sebagai persentase dari FTP milik pesepeda itu sendiri, bukan sebagai wattage tetap.
Mengapa hambatan udara makin menentukan pada kecepatan bersepeda yang tinggi?
Gaya hambat aerodinamis tumbuh sebanding kuadrat kecepatan udara, dan daya yang dibutuhkan untuk mengatasinya tumbuh sebanding pangkat tiga kecepatan udara, sedangkan hambatan gulir nyaris tetap berapa pun kecepatannya. Dalam model fisika baku, hambatan udara menyerap sekitar 59% dari total daya pada 20 km/jam, tetapi naik menjadi sekitar 85% pada 40 km/jam. Itulah sebabnya aerodinamika mendominasi performa bersepeda pada kecepatan balap.
Referensi
- 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.