Hiểu kết quả công suất của bạn
Bảng dưới đây cho thấy các ước tính của mô hình cho một người đạp 75 kg trên xe 9 kg, trên đường bằng phẳng, trong không khí tĩnh, sử dụng các giả định của máy tính này (Crr 0,005, CdA 0,32 m², mật độ không khí 1,225 kg/m³, hiệu suất truyền động 97,5%). Lưu ý tỷ lệ khí động học tăng lên theo tốc độ.
| Tốc độ | Công suất ước tính | Tỷ lệ dùng cho lực cản không khí |
|---|---|---|
| 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% |
- Tất cả các hằng số đều là giả định điển hình, không phải số đo thực tế của thiết lập của bạn. Riêng CdA thường dao động từ khoảng 0,20 m² (tư thế đua tính giờ khí động học) đến 0,40 m² hoặc hơn (tư thế ngồi thẳng), và Crr thay đổi gấp nhiều lần tùy theo lốp xe và mặt đường.
- Giả định không khí tĩnh. Gió ngược làm tăng đáng kể công suất cần thiết vì lực cản phụ thuộc vào tốc độ so với không khí, chứ không phải tốc độ so với mặt đất.
- Mật độ không khí giảm theo độ cao và tăng lên trong thời tiết lạnh, làm thay đổi số hạng khí động học.
- Khi xuống dốc, mô hình có thể cho ra công suất rất thấp hoặc bằng không — trọng lực cung cấp lực đẩy; máy tính giới hạn công suất hiển thị ở mức tối thiểu 0 W.
- Một máy đo công suất đã hiệu chuẩn đo trực tiếp công suất thực tế và là tiêu chuẩn tham chiếu; các ước tính của mô hình chỉ nhằm mục đích giáo dục và lập kế hoạch sơ bộ.
Máy tính công suất đạp xe hoạt động như thế nào?
Công suất đạp xe là tốc độ mà người đạp thực hiện công cơ học, đo bằng watt. Trên đường, công đó dùng cho ba loại tải vật lý: nâng tổng khối lượng của người đạp và xe chống lại trọng lực trên dốc, vượt qua lực cản lăn giữa lốp xe và mặt đường, và đẩy không khí sang một bên. Một mô hình vật lý đã được xác lập vững chắc, được kiểm chứng với công suất đo thực tế trong các nghiên cứu như Martin et al. (1998), cộng các lực này lại và nhân với tốc độ để cho ra công suất cần thiết.
Vì các thông số lực cản và lực cản lăn thực tế của một người đạp và xe cụ thể hiếm khi được biết chính xác, máy tính này dùng các giá trị điển hình đã công bố làm giả định cố định: hệ số lực cản lăn (Crr) là 0,005, đại diện cho lốp đường trên mặt nhựa asphalt; diện tích cản gió hiệu dụng (CdA) là 0,32 m², đại diện cho người đạp xe đường trường ở tư thế cầm ghi-đông trên (hoods); mật độ không khí 1,225 kg/m³, giá trị chuẩn ở mực nước biển tại 15°C; và hiệu suất truyền động 97,5%, phù hợp với các số đo đã công bố về hệ truyền động xích. Giả định không khí tĩnh — không có gió ngược hay gió xuôi.
Các giá trị thực tế dao động quanh những giả định này: tư thế (cầm ghi-đông dưới so với ngồi thẳng), trang phục, trang thiết bị, lựa chọn lốp xe, mặt đường, độ cao và gió đều có thể thay đổi công suất cần thiết ở một mức đáng kể. Máy đo công suất đo lực trực tiếp vẫn là tiêu chuẩn tham chiếu để đo công suất thực tế của một cá nhân.
Cách sử dụng máy tính công suất đạp xe này
- Nhập tốc độ đạp xe của bạn theo km/h.
- Nhập cân nặng cơ thể và cân nặng xe của bạn — tổng của chúng quyết định tải trọng lực và lực cản lăn.
- Nhập độ dốc đường theo phần trăm: 0 cho đường bằng phẳng, số dương cho lên dốc (ví dụ 5 cho dốc 5%), số âm cho xuống dốc.
- Xem công suất ước tính theo watt, chỉ số watt trên mỗi kilôgam, và tỷ lệ công suất dùng để chống lực cản không khí.
Vật lý đằng sau công suất đạp xe
Mô hình cộng ba lực cản lại và nhân với tốc độ mặt đất, sau đó chia cho hiệu suất truyền động để tính đến tổn thất ma sát ở xích và các ổ bi. Lực trọng lực bằng tổng khối lượng nhân với g nhân với sin của góc dốc đường; lực cản lăn bằng khối lượng nhân với g nhân với cos của góc đó nhân với Crr; lực cản khí động học tăng theo bình phương của tốc độ, nên công suất để vượt qua nó tăng theo lập phương của tốc độ.
Ví dụ minh họa: một người đạp nặng 75 kg trên một chiếc xe nặng 9 kg, đạp ở 30 km/h trên đường bằng phẳng. Lực cản lăn đóng góp khoảng 4,1 N và lực cản khí động học khoảng 13,6 N; tổng công suất khoảng 152 W, trong đó khoảng 77% dùng để chống lại không khí. Cùng người đạp đó ở 40 km/h cần khoảng 323 W — hơn gấp đôi chỉ vì tốc độ tăng thêm một phần ba, bởi vì công suất khí động học tăng theo lập phương của tốc độ.
Watt trên mỗi kilôgam lấy công suất chia cho cân nặng người đạp. Đây là cách chuẩn hóa tiêu chuẩn được dùng trong môn đạp xe vì tốc độ leo dốc trên các con dốc gắt phần lớn được quyết định bởi công suất tương đối so với tổng cân nặng, trong khi tốc độ trên đường bằng phần lớn được quyết định bởi công suất tuyệt đối so với lực cản khí động học (Allen, Coggan & McGregor, Training and Racing with a Power Meter).
Những sai lầm thường gặp
- So sánh trực tiếp ước tính của mô hình với số đo trên máy đo công suất rồi quy chênh lệch đó cho thể lực — sự khác biệt về CdA, Crr và gió giải thích phần lớn khoảng cách đó.
- Nhập độ dốc dưới dạng số thập phân (0,05) thay vì phần trăm (5).
- Bỏ qua gió: mô hình giả định không khí tĩnh, và ngay cả một cơn gió ngược nhẹ cũng làm tăng đáng kể yêu cầu công suất thực tế.
- Cho rằng công suất tăng tuyến tính theo tốc độ — số hạng khí động học tăng theo lập phương của tốc độ, nên những mức tăng tốc độ nhỏ ở tốc độ cao lại rất tốn công suất.
- Chỉ dùng cân nặng người đạp cho tải leo dốc; mô hình dùng đúng tổng khối lượng người đạp cộng xe cho trọng lực và lực cản lăn.
Câu hỏi thường gặp
Cần bao nhiêu watt để đạp xe ở 30 km/h?
Theo các giả định tiêu chuẩn của máy tính này (người đạp 75 kg, xe 9 kg, đường bằng phẳng, không khí tĩnh, Crr 0,005, CdA 0,32 m²), đạp ở 30 km/h cần khoảng 150 watt, trong đó khoảng ba phần tư dùng để vượt qua lực cản không khí. Yêu cầu thực tế thay đổi theo tư thế, trang thiết bị, gió và mặt đường.
CdA trong đạp xe là gì?
CdA là hệ số cản nhân với diện tích cản gió, tính bằng mét vuông — một con số duy nhất tóm tắt mức độ khí động học của người đạp và xe. Máy tính này giả định một giá trị điển hình khi đạp đường trường là 0,32 m². Các giá trị đã công bố dao động từ khoảng 0,20 m² cho tư thế đua tính giờ khí động học đến 0,40 m² hoặc hơn cho tư thế ngồi thẳng, đó là lý do tư thế thay đổi tốc độ nhiều đến vậy ở cùng một mức công suất.
Giá trị watt trên mỗi kilôgam thế nào là tốt?
Watt trên mỗi kilôgam là công suất chia cho cân nặng người đạp, và chỉ số này quan trọng nhất khi leo dốc, nơi tốc độ phần lớn được quyết định bởi công suất tương đối so với tổng cân nặng. W/kg có thể duy trì thay đổi rất nhiều theo nền tảng tập luyện, thời lượng nỗ lực và độ tuổi, nên không tồn tại một con số 'tốt' duy nhất; các tài liệu huấn luyện dựa trên công suất (Allen, Coggan & McGregor) phân loại người đạp trên các khoảng giá trị rất rộng. So sánh giá trị của chính bạn theo thời gian sẽ hữu ích hơn là so sánh với người khác.
Tại sao lực cản không khí chiếm ưu thế ở tốc độ cao hơn?
Lực cản khí động học tăng theo bình phương của tốc độ so với không khí, và công suất để vượt qua nó tăng theo lập phương. Ngược lại, lực cản lăn gần như không đổi theo tốc độ. Ở 20 km/h, mô hình quy khoảng 59% công suất cho lực cản không khí; đến 40 km/h, tỷ lệ đó đạt khoảng 85%, đó là lý do khí động học chiếm ưu thế trong đua xe tốc độ cao.
Mô hình công suất đạp xe chính xác đến mức nào so với máy đo công suất?
Các nghiên cứu kiểm chứng như Martin et al. (1998) cho thấy mô hình vật lý khớp sát với công suất đo thực tế khi CdA, lực cản lăn, gió và độ dốc thực tế được đo cho từng người đạp và đường đua cụ thể. Máy tính này dùng các giá trị cố định điển hình thay vì giá trị đo thực tế, nên hãy xem kết quả của nó là một ước tính mang tính giáo dục; một máy đo công suất đo lực trực tiếp đã hiệu chuẩn là tiêu chuẩn tham chiếu cho một cá nhân.
Độ dốc thay đổi công suất cần thiết như thế nào?
Khi leo dốc, một số hạng trọng lực tỷ lệ với tổng khối lượng và sin của góc dốc đường được cộng thêm vào. Với một hệ người đạp cộng xe nặng 84 kg, mỗi 1% độ dốc cộng thêm khoảng 8,2 newton lực cản — ở 15 km/h, đó là khoảng 35 watt bổ sung cho mỗi 1% độ dốc. Đây là lý do tốc độ leo dốc bám sát watt trên mỗi kilôgam đến vậy.
Tài liệu tham khảo
- 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 — rolling resistance, aerodynamic drag and drivetrain efficiency of bicycles.
- 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/m³ at 15 °C.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 11th edition. Wolters Kluwer, 2021.