重量増加のために上り坂で余分なパワーが必要

上り坂に行くとき、体重はどのくらい意味しますか？

私が標高1000 mの山に登るとしたら、それは非常に急です：10％。250ワットを維持できるとしましょう。自転車に1 kgの重量を追加した場合、どれだけ遅くなるか（時間内に）決定できますか？何秒遅れますか？

この式と計算を教えてください。そして、主題全体について詳しく説明してください。

スタンディングスタートをして、丘の頂上で完全に停止するとします。簡単な要件は、下から上に移動するためにエネルギーが必要なことです。必要なエネルギーのほとんどは、ペイロード（あなたと自転車）の潜在的なエネルギーを上げることです。基本的に、あなたはあなたの体の化学エネルギーを変換することによって運動エネルギーを作成します（自転車を動かす）。熱、路面との摩擦、空気抵抗による損失が発生します。

今のところそれらを無視します（これらは無視できませんが、計算を複雑にします）。

ポテンシャルエネルギー（PE）= m * g * h

どこ：

m =質量

g =重力加速度

h =高さ

PEはmに比例するため、質量が10％増加するとPEが10％増加します。つまり、同じ丘の頂上に到達するには10％の運動エネルギーが必要になります。

電力は時間で割った仕事（エネルギー）です：

P = W / t

どこ：

P =ワット単位の電力

W =仕事またはジュールのエネルギー

t =仕事をする時間。

あなたの力が一定である場合、取得する式を再配置することができます

P =（m * g * h）/ t

になる：

t =（m * g * h）/ P

したがって、一定の出力、重力、丘の高さでは、上記の式で与えられる質量の増加に比例して時間が増加します。

風がなければ、空気抵抗は遅くなるほど重要ではなくなります。重量が増えると摩擦が増えます。この計算では、丘の急峻さは理論的には無関係です。同じ質量を同じ高さにすると、同じ量の重力ポテンシャルエネルギーが得られます。そのため、理論的には、丘が10％であるか、長さが5％の2倍であるかは問題ではありません。

ただし、エネルギーを生成する際には、化学エネルギーからエネルギーを生成する必要があり、一度に生成できる量は限られています。筋肉が非効率になるため、急な坂では急な坂よりも多くのエネルギーが必要になる場合があります。そのため、急勾配の丘では、風の抵抗はそれほど重要ではなくなるかもしれませんが、重量比に対する電力（時間の経過とともにどれだけのエネルギーを放出できるか）が最も重要な要素になります。

最後の段落で私が指摘しようとしているのは、あなたがあなたの体に入れ、あなたの体が前進運動に変換するために必要なエネルギーは、あなたが丘の頂上に到達するために必要な単純な運動エネルギーと同じではないということです。ただし、質量の変化に等しいすべてのものは、式で述べたように時間に同じ影響を及ぼします。

1回のライドで自転車に1 kgの重量を追加した場合、どれだけ遅くなりますか（時間内に）になりますか？

あなたとあなたの自転車の質量が100kg（ラウンド数）であると仮定すると、1kg余分に体重が1％増加します。つまり、丘を登ることに伴う潜在的なエネルギーが1％増加します。

出力が一定の場合、時間は1％増加します。

ただし、出力の一部は、潜在的なエネルギーではなく、風や転がり抵抗を克服します。あなたの力の半分だけがポテンシャルエネルギーになり（重量に依存）、半分が一定（重量に依存しない）であれば、0.5％の時間の増加を意味すると思います。

それは理にかなっています、私が出力するワット数を言わずにそうは思わない、私は250Wを作ると言うことができます

上に書いたことはあなたの総力の影響を受けません。変更は絶対的なものではなく相対的なものです。つまり、それが1％であっても1％です。

私の声明の手振りの一部は「あなたの出力が一定の場合」です：あなたのギアを細かく制御できる場合はそうです重量とそのための努力が1％増加します）。

この変化は実際には線形ではありません。たとえば、体重が1000kg増加した場合、つまり1％ではなく1000％増加した場合は、減速する必要があります。二輪自転車に直立します。ただし、重量の比較的小さな増加については、努力の差（したがって、上記で概説した手振りによる持続時間の差）はほぼ線形になると予想されます。

ジュールはニュートンメートルであり、ワット秒でもあります。重力は約9.81ニュートン/キログラムです。

1ポンドを1000フィート上げると、0.4536kgを304.8メートル上げます。したがって、これは9.81 * 0.4536 * 304.8 = 1356ジュール、つまり1356ワット秒になります。

あなたのピーク持続エネルギー出力はおそらく300ワットの一般的な範囲にあり（そして「巡航」はその約半分のどこかになります）、その1ポンド1000フィートを上げるには約4.5秒間すべてのエネルギーを使用する必要があります。（または、概観すると、250ポンドの自転車+ライダーを1000フィート上げるのに約19分かかります。）

想定される250ワットの場合、これは1ポンドでは5.4秒、250ポンドでは22.6分になります。これにより、10,000フィートの距離で約5 mphの速度が生成されます。（約200ワットを大幅に下回ると、直立状態を維持するには速度が遅くなりすぎることに注意してください。

もちろん、これは風と転がり抵抗の損失を無視しているため、平地で「距離をカバーする」ために必要な時間を無視しています。転がり抵抗は平地とほぼ同じですが、ゆっくりと移動しているため風抵抗は小さくなり、一般的に風抵抗は2つのうち大きいです。したがって、上記の時間に、平地で同じ距離を移動するのにかかる時間の1/2または2/3を追加する必要があります。10％グレードの場合、10,000フィートまたは約1.9マイルをカバーする時間になります。15 mphでさらに約7.5分になるので、その半分を追加します。

ラット -質問がkgとメートルであることに気付きました...

「1回の乗車（10％で10,000メートル）で自転車に1 kgの重量を追加した場合、（時間内に）どれくらい遅くなりますか（250ワットの出力を想定）?:

それは9.81 * 1kg * 1000メートル* = 9810ワット秒になります。250ワットでは、1kgを追加するために38.84秒の追加時間がかかります。

そして、私には、同じ計算を逆方向に使用して、重量、平均速度、および平均勾配を与えられた場合のワット出力を大まかに計算できることがわかりました。これは、他の多くのワット数推定スキームよりも正確である可能性があります。

他の回答で既に指摘したように、純粋にあなたが必要とする追加の潜在的エネルギーに関しては、追加のキログラムはかなり無視できます。しかし、それが多かれ少なかれ大きな効果をもたらすかもしれない他の要因があります。

まず、あなたの体は必ずしも高い負荷に対して直線的に反応するわけではありません。あなたが顕著な疲労なしで上り坂を行うことができる地域にいる限り、同じ出力で少し遅くなります。しかし、上り坂が重さを増やさなくても限界に到達する場合、グラムを追加するたびに少し早く限界に到達し、進行が難しくなります。

また、何らかの方法で加速する必要があるたびに、質量が重要な役割を果たしています。私が考えるいくつかのことは：

• 上り坂の滑らかさ：ポテンシャルエネルギーのみに関係する近似は、上り坂が滑らかであるほどうまく機能します。ほぼ一定の速度で走ると想定できる、常に傾斜した舗装された斜面を登る場合、大きな違いはありません。ただし、自転車に多くの「アクション」がある方法でマウンテンバイクに行く場合（ステップを登る、緩い地面でトラクションを維持する、急なセクションと平坦なセクションを切り替える）は、異なる場合があります。

• 追加の重みの「場所」：重みを追加する場所に違いをもたらすことができます。最大の効果は、回転部品（ホイール、ドライブトレイン）に追加の重量がある場合です。しかし、バイク自体が重いと反応が鈍くなり、上り坂で多くの自転車を扱う必要がある場合に筋肉が早く疲れます（したがって、再び上り坂の滑らかさに関係します）。代わりにバックパックに追加の重量がある場合、それははるかに小さな効果をもたらすでしょう。

結論：追加の潜在的なエネルギーの観点からは、大きな違いはないかもしれませんが、自転車の取り扱いや限界に近い疲労が懸念される場合、より大きな効果があります。