Díl 7. Něco o fyzice

04.10.2020 08:09

Pokud šlapete na normálním kole, je výkon ovlivněn souhrou mnoha svalů. Největším z nich je sval hýžďový, jinde jsem se dočetla, že čtyřhlavý sval stehenní. Pro mě celkem podružná informace, ani jeden nemám. Sílu svalu, resp. jeho výkon můžete změřit a použít do výpočtu. Jak změřit zapojení více svalů dohromady? To už je obtížnější a do hry vstupuje těžko odhadnutelný synergický efekt (jednoduše řečeno 1+1 nemusí být dvě ale třeba 2,1). Dalo by se říci - čím méně svalů lze použít, tím méně je výkon ovlivněn synergickým efektem a tím více záleží na fyzice. Člověk s poraněním míchy nemá moc svalů, které by mohl zapojit do hry. Bohužel s sebou veze celé tělo. Proto je pro něj pochopení fyzikálních souvislostí jízdy důležité.

Něco o fyzice jsem čerpala tady www.ivelo.cz/casopis_clanek/velo-2005-10-ukazka1/, zkusím to interpretovat a odvodit souvislosti týkající se handbiku (tricyklista je cyklista, musí počítat jen s vyšším odporem vzduchu, ale jinak pro něj platí výpočty uvedené v článku). Matematiku miluju, na VŠ jsem ji i trochu studovala, ale už jsem ji dlouho nepoužívala, tak se omlouvám, pokud nebudu úplně přesná.

1. váha

Na cyklistu na kole působí tíha Fg o velikosti vycházející z jednoduchého vzorečku (M + m)*g, kde g je tíhové zrychlení (přibližně 9,81 m/s2). M je hmotnost cyklisty, m je hmotnost kola. Hmotnost kola a jezdce se sčítají. To znamená, že drahá úspora gramů na kole může být velmi snadno a mnohem efektivněji nahrazena zhubnutím cyklisty. Při pohybu po rovině se jedná o jednoduchou přímou úměru (čím těžší je cyklista, tím vyšší síla ho poutá k zemi, zároveň se zvyšuje i vodorovná složka síly). Ovšem při cestě do kopce se nejedná o přímou úměru, závisí na sklonu kopce a to podle grafu funkce tangens. Jinými slovy, čím je kopec prudší, tím je pohyb cyklisty obtížnější a ve výsledku hmotnější cyklista musí vynaložit mnohem víc energie než cyklista lehčí (mnohem více ve srovnání s tím, když oba jedou po rovině), pokud chce jet do kopce stejnou rychlostí (viz graf).

2. valivý odpor

Čím větší valivý odpor, tím je cyklista pomalejší. Valivý odpor závisí na obutí kol, materiálu, jeho povrchu tlaku v galusce a hmotnosti jezdce. Slovy odborníka: „Odporová síla je zhruba přímo úměrná kontaktní ploše s povrchem a ta zase síle, která kolo přitlačuje kolmo k podložce. Další důležitou veličinou je koeficient valivého odporu daného kola, jehož velikost závisí zejména na poloměru kola, typu pláště a tlaku v něm. Zvýšení tlaku třeba z pěti na deset atmosfér může přinést snížení tohoto koeficientu až o desítky procent. Velký vliv na valivý odpor má síla působící kolmo k podložce, která závisí na zatížení kola, tedy na hmotnosti jezdce." A zase jsme u toho, že hubení to mají v cyklistice snazší. Hubení s pořádně nafouknutými galuskami.

3. odpor vzduchu

Do velikosti odporové síly vzduchu promlouvá rychlost větru a jeho směr, hustota vzduchu a velikost plochy, do které se vzduch právě opírá (nejčastěji přední plocha, ale boční vítr občas zamíchá kartami). Ovlivnit může cyklista jen tuto plochu, tedy své rozměry a rozměry kola. U handbikera mohou výrazně brzdit velká chodidla. Proto velmi nelibě nese, pokud má závodit s amputářem. Nejen kvůli hmotnosti, kterou už snížil na minimum, aby minimalizoval svou tíhovou sílu. Samozřejmostí je aerodynamická přilba. Přilby nejsou konstruované pro jízdu vleže, handbiker musí přemýšlet a porovnávat v obchodě, co se do hanbiku vejde (časovkářská přilba se zobcem vzadu tedy rozhodně ne). Nohy handbiker často obouvá do závodní obuvi sáňkaře, která má snížit odpor vzduchu.

Odpor vzduchu hraje významnou roli při jízdě v balíku, kdy při silničním závodě jedou cyklisté za sebou. Význam jízdy v balíku mohu dokázat na hodnotách ze svého cyklopočítače. Na hodinovém závodě v Ústí nad Labem jsem v roce 2019 jela dohromady s Aničkou a střídali jsme se (aspoň pokud si pamatuju, možná s námi jeli i další handbikeři). V roce 2020 jsem při zhruba stejném větru, tepové frekvenci a výkonu jela trať sama. Subjektivně jsem přijela úplně vyřízená, také jsem dala o 1000 záběrů více. Přitom jsem jela průměrně o 3 km/h pomaleji! Prý se dá v balíku ušetřit až 40% energie, u handbiku s menším odporem vzduchu než má kolo, to ale bude méně.

4. vztah výkonu a rychlosti

Líbil se mi výpočet uvedený v článku, jehož autor porovnal tři cyklisty, kteří mají stejnou hmotnost, jsou stejně velcí a jedou po rovině, bohužel dvojnásobné zvýšení výkonu je čistě teorie. Příklad:

První cyklista má kolo o váze 12 kg, je schopen podat po delší dobu výkon 200 W,

Druhý má kolo jen 8 kg a má stejný výkon 200W,

Třetí má kolo také 8 kg, dokáže však podávat po delší dobu výkon 400 W.

Když dosadíme hodnoty do vzorce, dostaneme rychlosti jednotlivých jezdců 31,1 km/h, s opravdu nepatrným odstupem 31,2 km/h cyklista s kolem o 4kg lehčím, avšak jasně vzdálených 40,1 km/h pro jezdce s dvojnásobným výkonem.

Příklad je nesmyslný v tom, že paracyklista se může zlepšit mnohaletým tréninkem o pár desítek wattů (s vypětím všech sil), ale určitě svůj výkon nezdvojnásobí. Tady platí to, co jsem zmínila na začátku – používáte jen pár, z pohledu anatomie průměrně velkých svalů a pokud jejich objem naroste na dvojnásobek, neznamená to, že zdvojnásobíte výkon. Rozhodně zvýšíte svou váhu, což nemusí hrát roli na rovině, ale určitě to bude důležitý faktor pro jízdu do kopce. Nejlepší svaly jsou malé a výkonné!

5. kadence

Tady budu kopírovat článek, protože tohle mám ověřeno: "Závislost výkonu na rychlosti při dané aktivaci prochází maximem a pro rostoucí aktivaci se poloha maxima posouvá k vyšším rychlostem. Pro generování určitého výkonu tedy existuje optimální kadence, kdy je potřeba minimální svalové aktivace a s rostoucím výkonem tato optimální kadence roste. Protože svalovou aktivaci lze měřit pomocí elektrod umístěných na kůži, je možno tyto optimální kadence snadno zjistit. V jednom konkrétním experimentu s osmi dobrovolníky provozujícími různé sporty byly pro výkony 100, 200, 300 a 400 W zjištěny optimální kadence 57 +/- 3, 70 +/- 4, 86 +/- 8 a 99 +/-4 min-1. Při vrcholných výkonech vyžadujících výkony přes 400 W (rekord v hodinovce, časovka nebo výjezd na Alpe d’Huez při TdF) jsou kadence kolem 100 za minutu běžné. Snažit se o stejnou kadenci na vyjížďce při 200 W by však z pohledu fyzikálních zákonitostí bylo zbytečné plýtvání silami."

Tady je nejzajímavější ten poznatek o optimální kadenci. Výpočet byl proveden v laboratorních podmínkách, tedy na trenažéru a zřejmě se zapojením jiných svalů, než rukou. Také se neví, jak dlouho dokázali účastníci pokusu výkon udržet. Jiná bude kadence pro závod, který trvá cca 1,5hodiny (únik v silničním závodu), jiná pro 20 minut v časovce. Poslední věta o výjiždce na 200W je pro handbikera už úplně úsměvná (takovou výjiždku bych také někdy ráda absolvovala,  nejlépe s průměrnou tepovou frekvencí pod 125, to bych rázem byla mistryně světa). Zatím jsem ráda za svých průměrných 100 při vícehodinovém  tréninku. Důležitý je přepočet W/kg a ten vám žádný cyklista neprozradí. Co se týká kadence, bohužel někdy musíte trénovat i v závodní kadenci, jinak to nejde. Proto miluju závody, jsou pro mě nejlepší trénink.

Nebylo to jasné? Tak jednou větou: závodní cyklistika je o hodně o hmotnosti, nebo ještě lépe o výkonu ve wattech na jeden kilogram tělesné hmotnosti. Je tedy jasné, že pokračování musí být o výživě. Nebo spíš o cyklistické dietě?