齿轮比会影响功率吗？

首先，我说这可能不是正确的SE。我考虑过问物理SE，但我想我可以先在这里尝试。如果错了，我不反对迁移它。

根据物理学的基本原理，功率以工作/时间计算。因此，请考虑爬坡的骑手和自行车系统。完成的工作是电位从底部到顶部的差异，显然时间将是爬升时间。

现在，我的问题是：

在相同的骑手，相同的自行车重量和相同的爬升时间下，您的传动装置是否会影响动力？还要假设爬升是有效的，没有打滑的轮胎，正常的踩踏等。

从物理角度来看，我希望答案是否定的。电位差相同，时间相同，功率相同。但是，从骑手的角度来看，我知道感觉像是在以更高的比率攀登更多的力量。

我希望答案是差距来自于系统的理想化。如果我们将自行车视为封闭系统，那么我们期望自行车中投入的所有能量都将其带上山，但事实并非如此。此外，我认为人体的低效率将是相关的。但是，我仍然无法解决问题。

我怀疑您是指效率而不是功率。

在我看来，主要的权衡是在较高转速（基本是肌肉摩擦）下增加的生物力学损失与较低转速下以较高的力进行的血流减少之间。平衡取决于骑手和骑行时间。

在《IHPVA人力资源杂志》第45期（pdf，此处的索引）中，有一篇名为《最大人力》的论文，他们在这里谈论泰勒·汉密尔顿在51分钟内赢得华盛顿山登山的胜利：

“不过，他在23齿嵌齿上进行了大部分攀爬，在21齿嵌齿上进行了几次爬升。” 如果他似乎有700毫米的车轮，那么他的平均节奏将是63 RPM。

整篇文章值得一读，可能需要为类似的论文浏览索引。

不利的一面是，顶级短跑运动员在最后的短跑中通常会超过150rpm。那时，他们正在用生物力学效率换取峰值功率。我曾经以900W的峰值功率以130rpm的速度达到峰值10秒（> 8W / kg），但是我的时速为350W的时速约为80-90rpm。

真正的答案是针对您的。这将取决于您的身体形状，肌肉类型，健康状况和更多暂时性因素。这也是通过实验最好回答的一个问题，如果您正在竞争，它应该成为tr4aining计划的一部分。如果不是这样，我建议您定期攀爬并保持训练日记。

关于长途攀登的水合作用也有很多讨论。补充水分并开始变重，还是稍微脱水使体重减轻，是更好的选择吗？IIRC的结论是补水效果更好，但我找不到参考。

在相同的骑手，相同的自行车重量和相同的爬升时间下，您的传动装置是否会影响动力？还要假设爬升是有效的，没有打滑的轮胎，正常的踩踏等。

好吧，这取决于您正在测量的“功率” :-)。

显然，自行车整体所具有的动力是相同的-如果它以相同的速度行驶，那么它就是相同的动力。

但是，由于多种原因，您的身体所发挥的力量可能会有所不同：

• 肌肉可能具有最有效的速度和力量水平，因此您的身体产生肌肉运动所必须施加的化学能/能量将有所不同。
• 由于弯曲，摩擦等而导致的各种能量损失过程可能会根据传动装置而有所不同。例如，在较低的档位，链条运动会更快（因此摩擦力更大），另一方面，链条的张力会更低，这可能会减少摩擦力。同样，在低速档中，响应于链条力的框架的挠曲可能会更低。

我的印象是（尽管我没有消息来源来支持我）通常，人类系统在大约90-100 RPM的节奏下具有最高的功率效率（即踏板功率与力量的最佳比率），因此骑自行车的人应该这样做争取。

有趣的是，最大功率的最佳踏频显然要低得多，这就是为什么骑自行车的人会为冲刺使用高齿轮和低踏频的原因-但是，这比高踏频累人得多，因此在长距离行驶时效率低下。

也许这就是“等渗”与“ 等距 ”工作之间的区别？

我的意思是，例如，人类要移动一个固定的物体需要花费大量的精力（力，力或工作）：推到墙壁或其他物体上。

在太高的档位中，您会推动和推到无处（很多功率无处可去=> 0％效率）。

在低速档时，它太容易了：您无阻力地旋转；您的旋转速度限制在〜120 RPM左右，即不能无限增加；因此（低力和有限的RPM），您所输出的功率受到限制（小于理论上的最大功率）。

可能有一个有效的“ 节奏 ”（也许是90 RPM），您可能想在所有地形（上，下，水平）上使用，正确的方法（使用齿轮的正确方法）是不断地调整齿轮的齿轮地形，以便：a）保持恒定，有效的节奏（例如90 RPM）；b）在该脚踏圈上保持足够高的力/功率输出（例如，如果看起来太容易了，则切换到较高的档位，或者如果太困难然后再切换到较低的档位，则保持该脚踏圈速）。

当然，齿轮比会影响您可以产生的“潜在”功率。考虑在攀登陡峭的山坡上花费最大的精力。忽略链条摩擦和其他次要影响，您将以肌肉可以产生的最大力量最快地上山。请注意，功率= kx转矩x踏频（其中k只是一个确定功率单位（瓦，马力等）的常数），假设您骑的齿轮太高，以致无法前进。坡度（您的脚踏圈速为0）。当脚踏圈速为0时，您的扭矩最大，功率为0。当您增加脚踏圈速（通过降低齿轮比）时，扭矩减小。节奏（与功率成正比）增加。随着您通过降低齿轮比来不断增加节奏，最终将达到能量最佳的节奏（EOC）。在EOC上，您的肌肉可以产生最大的力量。将节奏提高到EOC以上会降低您的最大潜在功率。

底线：选择允许您尽可能接近EOC旋转的齿轮比。以这种节奏，您将最快爬上陡峭的山坡。

注意：幂与步调曲线看起来像是倒置的抛物线。这是阿奇博尔德·维维安·希尔（Archibald Vivian Hill）所做工作的直接结果，他因在生物物理学的这一主题和许多其他主题上的工作而获得了诺贝尔奖。另请注意，最大耐力可能发生在小于EOC的节奏上。

这里涉及多个因素，因此任何答案都不简单。首先，正如Leon所指出的，当齿轮非常困难以至于无法移动时，车轮的动力为零。当齿轮比非常容易以200 RPM旋转时，车轮的动力几乎消失了。

但更重要的是，一段时间内的平均功率在很大程度上取决于肌肉如何运作的细节。主要是有氧运动与厌氧运动。对于普通骑手来说，如果血糖正常，则任何高于80 RPM的骑行都将有氧运动，而任何低于60 RPM的（挑战性挑战）骑行将具有较大的无氧运动。有氧运动燃烧血糖，而无氧运动则燃烧储存在肌肉中的糖原。

在短时间内（短短取决于锻炼强度和血液流动量），身体健康的肌肉可以像燃烧血糖一样有效地燃烧糖原，但是储存在肌肉中的糖原量仅足以15至30分钟的高强度运动（尽管专门针对增加人体糖原存储量的训练可以将其增加至数小时）。

因此，骑在产生低RPM的“困难”档位会更快地消耗肌肉糖原并导致更快的疲劳。显然，随着疲劳，功率输出会下降。（当然，如果装备太“简单”，骑行会导致RPM过高，而普通骑手的“最佳” RPM通常低于100。）在这两者之间，您需要权衡适度的糖原消耗与肌肉力量的增加之间的权衡可以通过“缓慢抽搐”的肌肉和其他一些因素来获得。（请记住，在短期，高要求的情况下需要糖原，例如攀登短而陡峭的山坡而不会降档。如果糖原完全耗尽，在某些情况下实际上可能会伤害您的肌肉。）

（还有一点要考虑的是，在易感人群中，一贯使用过于困难的装备会导致膝盖受伤。）

据我了解，不应该。最简单的解释是功率输出等于功率乘以效率（效率是由于摩擦，空气阻力，滚动阻力，热量等导致的能量损失）。换档不会改变动力（这一切都在您身上），也不会改变机械效率。因此，功率输出不会改变。

更深入一点，力量就是整个时间（P_avg = ΔW/Δt）内完成的全部工作。在这种情况下，我们考虑在相同的持续时间内进行，因此它Δt是恒定的。在旋转环境中，W是施加的扭矩（旋转力）乘以角速度（旋转速度），还是W = τθ。齿轮将仅改变转矩和角速度之间的比率，同时保持恒定的功输出。换句话说，换到较高的档位可能需要两倍的扭矩，但是踏板的旋转速度会快一半。较低的档位可能使您旋转两倍快，但是您将使用一半的扭矩。由于功输出相同，因此功率输出相同。

这如何影响车轮速度？嗯，同样W = τθ也会影响您的车轮，但是会反过来影响您的车轮（您的车轮会向后看：想象一下您是否踩着齿轮，并且车轮已固定在底部支架上）。较低的齿轮将在车轮上施加更大的扭矩（实现高加速度），但角速度（转速）相应较低。较高的档位不会在车轮上施加太大的扭矩（这就是为什么它很难加速的原因），但会使它们像疯了一样旋转。因此，理想情况下，尽可能提高档位将为您提供最大的速度。

但是，这就是人体起作用的地方。我们有两个互补的发电系统：心血管系统，其产生的功率较小，但持续时间很长；而肌肉系统，其发电能力出色，但仅在很短的时间内。理想情况下，当不进行冲刺时，您希望两个系统都产生尽可能多的能量。该功率的总和（减去效率损失）将是您的总功率输出，而仰角变化，滚动阻力和空气动力学特性将决定最终将输出功率的哪个比例用于扭矩与距离（以及齿轮比）的比较。

希望能有所帮助。

不，齿轮和增益比不影响功率。尽管您认为与骑手的感觉不同是正确的，但如果其他三个变量相等，则电费率将相同。在这种情况下，以“更轻松”的传动比，节奏将需要显着增加以保持相同的爬升时间（速度），如果骑手相同，则工作速率相同。与“步伐”较慢的齿轮相比，踩踏速度的增加弥补了功率消耗的差异。