Güç neyi ölçer ve hızdan nasıl ayrılır?
Bisiklette güç, sürücünün mekanik iş yapma hızıdır ve watt cinsinden ölçülür. Hız ise yalnızca birim zamanda alınan yoldur ve dış koşullara büyük ölçüde bağlıdır: aynı güç çıktısı, eğime, rüzgâra ve yol yüzeyine göre çok farklı hızlar üretir. Dik bir yokuşu 10 km/sa ile tırmanan bir sürücü, aynı sürücünün düzlükte 30 km/sa ile seyrettiği duruma kıyasla çok daha fazla güç üretiyor olabilir; çünkü tırmanışta gücün büyük kısmı ileri hıza değil, vücut ve bisiklet ağırlığını yerçekimine karşı yukarı taşımaya gider.
Güç, bisiklet antrenmanı ve yarışında efor ölçüsü olarak bu nedenle öne çıkmıştır: hızın aksine yokuş, rüzgâr ya da slipstream tarafından çarpıtılmaz; dolayısıyla sürücünün fizyolojik çıktısını doğrudan yansıtır ve vücut ağırlığına göre normalleştirildiğinde antrenmandan antrenmana ve sürücüden sürücüye karşılaştırılabilir hale gelir.
Fizik modeli: üç direnç kuvveti
Martin ve arkadaşlarının (1998) çalışması gibi araştırmalarda doğrudan ölçülen güce karşı geçerlenmiş yerleşik bir fizik modeli, belirli bir hızda sürüş için gereken gücü üç direnç kuvvetini toplayıp hızla çarparak, ardından zincir ve rulmanlardaki sürtünme kayıplarını hesaba katmak üzere aktarma verimine bölerek hesaplar. Yerçekimi kuvveti, sürücü ile bisikletin toplam kütlesinin yerçekimi ivmesi ve yol açısının sinüsüyle çarpımıdır. Yuvarlanma direnci, aynı toplam kütlenin yerçekimi ivmesi, yol açısının kosinüsü ve bir yuvarlanma direnci katsayısıyla çarpımıdır. Aerodinamik sürüklenme ise hızın karesiyle büyür; bu da onu yenmek için gereken gücün hızın küpüyle arttığı anlamına gelir.
Belirli bir sürücü ve bisikletin gerçek sürüklenme ve yuvarlanma parametreleri özel testler yapılmadan nadiren bilindiğinden, fizik modeline dayalı hesaplayıcılarda yaygın olarak yayımlanmış tipik değerler sabit varsayım olarak kullanılır: asfalt üzerindeki yol lastiklerini temsil eden 0,005'lik bir yuvarlanma direnci katsayısı (Crr); gidon üstünde süren bir yol bisikletçisini temsil eden 0,32 metrekarelik etkin ön alan (CdA); 15 santigrat derecede deniz seviyesi standart değeri olan 1,225 kg/metreküp hava yoğunluğu; ve yayımlanmış zincirli aktarma ölçümleriyle uyumlu %97,5'lik aktarma verimi. Durgun hava varsayılır; yani ne karşıdan ne arkadan rüzgâr vardır.
- 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, m/s cinsinden)
Yüksek hızlarda hava direnci neden baskın hale gelir?
Aşağıdaki tablo, yukarıdaki standart varsayımlarla, 9 kg'lık bir bisiklet üzerindeki 75 kg'lık bir sürücü için durgun havada ve düz yolda model tahminlerini gösterir. Hava direncini yenmeye harcanan güç payının hızla birlikte nasıl istikrarlı biçimde tırmandığına dikkat edin: aerodinamik sürüklenme kuvveti hava hızının karesiyle büyür, dolayısıyla onu yenmek için gereken güç küple artar; oysa yuvarlanma direnci hızdan neredeyse bağımsız olarak sabit kalır.
| Hız | Tahmini güç | Hava direncine giden pay |
|---|---|---|
| 20 km/sa | ≈ 58 W | ≈ %59 |
| 25 km/sa | ≈ 97 W | ≈ %70 |
| 30 km/sa | ≈ 152 W | ≈ %77 |
| 35 km/sa | ≈ 226 W | ≈ %82 |
| 40 km/sa | ≈ 323 W | ≈ %85 |
Karşılaştırma ölçütü olarak kilogram başına watt
Kilogram başına watt, güç çıktısını sürücünün vücut ağırlığına böler ve bisiklette standart normalleştirme yöntemidir; çünkü dik eğimlerdeki tırmanma hızı büyük ölçüde toplam sistem ağırlığına oranlı güç tarafından belirlenir. Düz yolda ise yol açısı sıfıra yakın olduğundan yerçekimi çok küçük bir rol oynar ve hızı esas olarak aerodinamik sürüklenmeye oranlı mutlak güç belirler. Bu durum güce dayalı antrenman literatüründe, özellikle Allen, Coggan ve McGregor'ın Training and Racing with a Power Meter kitabında belgelenmiştir; söz konusu kaynak, farklı vücut ölçülerindeki sürücülerin performansını karşılaştırmak için kilogram başına watt'ı standart bir eksen olarak kullanır.
Sürdürülebilir kilogram başına watt değeri; antrenman geçmişine, efor süresine, yaşa ve daha birçok bireysel etkene göre muazzam ölçüde değiştiğinden, tüm sürücüler için geçerli tek bir “iyi” değer tanımlanamaz. Kişinin kendi kilogram başına watt değerini sabit bir efor süresinde zaman içinde izlemesi, genellikle başka sürücülerle karşılaştırma yapmaktan daha bilgilendiricidir.
FTP nedir?
Fonksiyonel eşik gücü (FTP), güce dayalı antrenman literatüründen gelen ve Allen, Coggan ile McGregor'ın Training and Racing with a Power Meter kitabında tanımlanan bir kavramdır; bir sürücünün yarı kararlı fizyolojik durumda yaklaşık bir saat boyunca sürdürebildiği en yüksek güç çıktısını ifade eder. Bireysel bir referans noktası işlevi görür: sürücüler mutlak güç kapasitesi bakımından muazzam farklılıklar gösterdiğinden, bir antrenmanın hedef şiddetini sürücünün kendi FTP'sinin yüzdesi olarak ifade etmek, farklı sürücüler arasında anlamsız kalacak sabit bir watt değeri yerine antrenman bölgelerinin kişiselleştirilmesini sağlar.
FTP ömür boyu sabit tek bir sayı değildir -- form değiştikçe o da değişir; güce dayalı antrenman programlarının FTP'yi düzenli aralıklarla yeniden değerlendirmesinin nedeni budur. Bu yazı yalnızca kavramı anlatır; FTP tahmini için kullanılan saha testi protokolleri burada ele alınmaz, çünkü test yöntemi ve uygun şiddet ilerlemesi en iyi nitelikli bir antrenör ya da kaynak antrenman literatürü rehberliğinde belirlenir.
Sıkça Sorulan Sorular
Bisiklette güç ile hız arasındaki fark nedir?
Güç, sürücünün ürettiği mekanik işin hızıdır ve watt cinsinden ölçülür; hız ise yalnızca birim zamanda alınan yoldur. Hız; eğim, rüzgâr ve slipstream tarafından ağır biçimde çarpıtılır -- aynı güç çıktısı tırmanışta ve düz yolda çok farklı hızlar üretir. Bu nedenle güç, fizyolojik eforun daha doğrudan ve daha karşılaştırılabilir bir ölçüsü sayılır.
Bisiklet gücü fizikten nasıl hesaplanır?
Standart bir fizik modeli üç direnç kuvvetini -- yerçekimi, yuvarlanma direnci ve aerodinamik sürüklenme -- toplar, toplamı sürüş hızıyla çarpar ve sonra aktarma verimine böler. Sürücünün kendi ölçülmüş değerleri elde yoksa yayımlanmış tipik sabitler kullanılır: 0,005'lik yuvarlanma direnci katsayısı, 0,32 metrekarelik ön alan, 1,225 kg/metreküp hava yoğunluğu ve %97,5 aktarma verimi.
İyi bir kilogram başına watt değeri nedir?
Kilogram başına watt, gücün sürücü ağırlığına bölünmesidir ve en çok tırmanışlarda önem taşır; çünkü orada hızı büyük ölçüde toplam ağırlığa oranlı güç belirler. Sürdürülebilir kilogram başına watt; antrenman geçmişine, efor süresine ve yaşa göre muazzam ölçüde değiştiğinden tüm sürücülere uyan tek bir “iyi” değer yoktur. Kişinin kendi değerini sabit bir süre üzerinden zaman içinde izlemesi, sürücüler arası karşılaştırmadan daha bilgilendiricidir.
Bisiklette FTP ne anlama gelir?
FTP, yani fonksiyonel eşik gücü, bir sürücünün yarı kararlı fizyolojik durumda yaklaşık bir saat boyunca sürdürebildiği en yüksek güç çıktısıdır; güce dayalı antrenman literatüründe (Allen, Coggan ve McGregor) tanımlanan bir kavramdır. Kişiselleştirilmiş bir referans noktası işlevi görür: antrenman şiddetleri yaygın olarak sabit bir watt değeri yerine sürücünün kendi FTP'sinin yüzdesi biçiminde ifade edilir.
Yüksek bisiklet hızlarında hava direnci neden daha çok önem kazanır?
Aerodinamik sürüklenme kuvveti hava hızının karesiyle, onu yenmek için gereken güç ise hava hızının küpüyle büyür; oysa yuvarlanma direnci hızdan bağımsız olarak aşağı yukarı sabit kalır. Standart bir fizik modelinde hava direnci 20 km/sa'te toplam gücün yaklaşık %59'unu oluştururken 40 km/sa'te yaklaşık %85'e tırmanır. Yarış hızlarında bisiklet performansına aerodinamiğin hükmetmesinin nedeni budur.
Kaynaklar
- 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.