वजन बढ़ाने के लिए अतिरिक्त शक्ति की आवश्यकता होती है

Question

ऊपर जाने पर वजन का कितना मतलब है?

मान लीजिए कि मैं 1000 मीटर की ऊँचाई के साथ एक पहाड़ पर जा रहा हूँ और यह काफी खड़ी है: 10%। यह भी कहते हैं कि मैं 250 वाट बनाए रख सकता हूं। यदि मैं बाइक में 1 किलो वजन जोड़ता हूं, तो क्या मैं यह निर्धारित कर सकता हूं कि मैं कितना धीमा (समय में) रहूंगा? मैं कितने सेकंड खो दूंगा?

कृपया मुझे इसका सूत्र और गणना दिखाएं, और पूरे विषय पर विस्तार से बताएं।

Comments

मुझे लगता है कि यह

— Phys.stackexchange.com

@heltonbiker: यह इस साइट के लिए विषय है, इसलिए मैं इसे स्थानांतरित नहीं करूंगा। प्रश्न का एक अलग तरह से प्रकाशित संस्करण वहाँ उपयुक्त होगा।

— Freiheit

Answer 1

मान लें कि आप एक स्थायी शुरुआत कर रहे हैं और पहाड़ी की चोटी पर एक पूर्ण विराम पर आ रहे हैं। सरल आवश्यकता यह है कि आपको नीचे से ऊपर की ओर जाने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। अधिकांश ऊर्जा आवश्यक पेलोड (आप और बाइक) की संभावित ऊर्जा जुटाने के लिए होगी। अनिवार्य रूप से आप अपने शरीर में रासायनिक ऊर्जा को परिवर्तित करके गतिज ऊर्जा (बाइक को आगे बढ़ाने) का निर्माण करेंगे। गर्मी, सड़क की सतह के साथ घर्षण और वायु प्रतिरोध के कारण हार होगी।

पल के लिए उनकी उपेक्षा करना (वे नगण्य नहीं हैं, लेकिन गणना को जटिल करते हैं)।

संभावित ऊर्जा (पीई) = एम * जी * एच

कहाँ पे:

म = जन

जी = गुरुत्वाकर्षण त्वरण

ज = ऊंचाई

पीई मीटर के लिए आनुपातिक है, इसलिए द्रव्यमान में 10% की वृद्धि से पीई में 10% की वृद्धि होगी। मतलब आपको एक ही पहाड़ी की चोटी पर जाने के लिए 10% अधिक गतिज ऊर्जा की आवश्यकता होगी।

बिजली समय से विभाजित (ऊर्जा) काम करती है:

पी = डब्ल्यू / टी

कहाँ पे:

पी = वाट में शक्ति

जूल में डब्ल्यू = काम या ऊर्जा

t = काम करने का समय।

यदि आपकी शक्ति स्थिर है तो हम समीकरण को प्राप्त करने की व्यवस्था कर सकते हैं

पी = (एम * जी * एच) / टी

हो जाता है:

टी = (एम * जी * एच) / पी

इसलिए निरंतर शक्ति, गुरुत्वाकर्षण और पहाड़ी ऊंचाई के साथ आपका समय बड़े पैमाने पर बढ़ने के लिए आनुपातिक बढ़ेगा, जो उपरोक्त समीकरण द्वारा दिया गया है।

अगर कोई हवा नहीं है, तो हवा का प्रतिरोध कम प्रासंगिक हो जाएगा। वजन बढ़ने के कारण घर्षण बढ़ेगा। इस गणना में पहाड़ी की स्थिरता सैद्धांतिक रूप से अप्रासंगिक है। जब आप समान ऊंचाई पर समान द्रव्यमान रखते हैं तो आप उतनी ही मात्रा में संभावित ऊर्जा प्राप्त कर रहे होते हैं। तो यह सैद्धांतिक रूप से मायने नहीं रखना चाहिए कि क्या पहाड़ी 10% या दोगुनी लंबी और 5% है।

हालाँकि, जैसा कि आप ऊर्जा पैदा कर रहे हैं, आपको इसे रासायनिक ऊर्जा से बनाने की आवश्यकता है, और केवल इतना ही है कि आप एक समय में उत्पन्न कर सकते हैं। आपकी मांसपेशियां अक्षम हो जाएंगी और इसलिए स्टिपर पहाड़ियों पर आपको कम खड़ी लोगों की तुलना में अधिक ऊर्जा की आवश्यकता हो सकती है। तो एक स्टेटर पर पहाड़ी हवा का प्रतिरोध कम प्रासंगिक हो सकता है लेकिन वजन अनुपात के लिए शक्ति (आप समय के साथ कितनी ऊर्जा डाल सकते हैं) सबसे अधिक प्रासंगिक कारक बन जाएगा।

अंतिम पैराग्राफ में मैं जो इंगित करने की कोशिश कर रहा हूं, वह यह है कि आपके शरीर को और आपके शरीर को आगे की गति में परिवर्तित करने के लिए आपको जो ऊर्जा चाहिए, वह वैसी नहीं है, जैसी साधारण गतिज ऊर्जा आपको पहाड़ी के शीर्ष पर पहुंचाने के लिए आवश्यक है। । हालाँकि द्रव्यमान में बदलाव के बराबर होने वाली सभी चीजें उस समय पर उसी तरह का प्रभाव डालती हैं जैसा मैंने समीकरणों में बताया था।

Comments

जब भी यहाँ भौतिकी सही है, यदि आप उत्तर जानना चाहते हैं, और परिदृश्यों के साथ खेलना चाहते हैं, तो आप bikecalculator.com

— THEMike

मेरा जवाब योगदान करने वाले कारकों के बीच संबंधों को उजागर करने के बारे में अधिक था। Bikecalculator.com हालांकि अधिक सटीक उत्तर पाने के लिए बढ़िया है।

— रॉबथोल्फ

ओह बिल्कुल, मुझे लगता है कि आपका उत्तर (और थ्रेड पर कुछ अतिरिक्त जानकारी) बहुत अच्छा था। लेकिन, यह भी, उपकरण को इंगित करने के लिए अच्छा है ताकि लोग तब मॉडल के साथ खेल सकें और समझ सकें कि यह सब मैं कह रहा था।

— THEMike

Answer 2

अगर मैं एक सवारी में बाइक से 1 किलो वजन जोड़ूं, तो मैं कितना धीमा (समय में) होऊंगा?

यह मानते हुए कि आप और आपकी बाइक का द्रव्यमान 100 किग्रा (गोल संख्या में) है, अतिरिक्त 1 किग्रा वजन में 1% वृद्धि का कारण बनता है, अर्थात पहाड़ी पर चढ़ने से जुड़ी संभावित ऊर्जा में 1% की वृद्धि ।

यदि आपका बिजली उत्पादन स्थिर है, तो इसका मतलब है कि समय में 1% की वृद्धि।

हालाँकि आपके कुछ बिजली उत्पादन हवा और रोलिंग प्रतिरोध को पार करने वाले हैं, संभावित ऊर्जा को नहीं। यदि आपकी शक्ति का केवल आधा हिस्सा संभावित ऊर्जा (जो वजन पर निर्भर करता है) में जा रहा है, और आधा निरंतर (वजन से स्वतंत्र) है, मुझे लगता है कि समय में 0.5% की वृद्धि होगी।

क्या इसका कोई मतलब है, मैं यह नहीं कहता कि मैं कितने वाट का उत्पादन करता हूं, मैं 250W बनाता हूं

मैंने जो ऊपर लिखा है वह आपकी कुल शक्ति से अप्रभावित है; परिवर्तन पूर्ण के बजाय सापेक्ष है: अर्थात यह 1% है, कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह 1% है।

मेरे बयान में हाथ लहराते हुए एक हिस्सा है "यदि आपका बिजली उत्पादन स्थिर है": जो आपके गियर पर ठीक नियंत्रण है तो सच है (ताकि आप कर सकते हैं, जैसे, आप जानते हैं, समायोजित करने के लिए 1% से नीचे गियर करें वज़न-और-इसलिए-प्रयास में 1% की वृद्धि)।

परिवर्तन वास्तव में रैखिक नहीं है: उदाहरण के लिए यदि यह वजन में 1000 किग्रा की वृद्धि हुई थी, अर्थात 1% के बजाय 1000%, तो आपको इतनी दूर गियर करने की आवश्यकता होगी कि आप इतनी धीरे-धीरे जा रहे हों कि आप रुक न सकें एक दो पहिया बाइक पर सीधा। वजन में अपेक्षाकृत कम वृद्धि के लिए, हालांकि, मैं प्रयास में अंतर की उम्मीद करता हूं (और इसलिए भी, हाथ ऊपर लहराते हुए, अवधि में अंतर) लगभग रैखिक होने के लिए।

Answer 3

जूल न्यूटन-मीटर है और वाट-सेकंड भी है। गुरुत्वाकर्षण लगभग 9.81 न्यूटन / किलोग्राम है।

1 पाउंड 1000 फीट उठाते हुए 0.4536 किग्रा 304.8 मीटर उगाया जाएगा। तो यह 9.81 * 0.4536 * 304.8 = 1356 जूल या 1356 वाट सेकंड होगा।

आपका शिखर निरंतर ऊर्जा उत्पादन संभवत: 300 वाट की सामान्य श्रेणी में है (और "क्रूज़िंग" लगभग आधे से कहीं अधिक होगा), इसलिए आपको लगभग एक पाउंड 1000 फीट बढ़ाने के लिए लगभग 4.5 सेकंड के लिए अपनी सभी ऊर्जा का उपयोग करना होगा। (या, इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, 250 पाउंड बाइक + राइडर 1000 फीट उठाने के लिए लगभग 19 मिनट।)

आपके द्वारा ग्रहण किए गए 250 वाट के लिए, यह एक पाउंड के लिए 5.4 सेकंड या 250 पाउंड के लिए 22.6 मिनट होगा। यह 10,000 फुट की दूरी पर, लगभग 5 मील प्रति घंटे की गति का उत्पादन करेगा। (ध्यान दें कि मोटे तौर पर 200 वॉट से बहुत नीचे गिरने पर, ईमानदार बने रहने के लिए बहुत धीमी गति पैदा होगी, विशेष रूप से यह देखते हुए कि आप जितनी धीमी गति से चलते हैं, आप उतनी ही ऊर्जा खर्च करते हैं।

बेशक, यह हवा और रोलिंग प्रतिरोध घाटे की अनदेखी कर रहा है, और इसलिए स्तर जमीन पर "दूरी को कवर" करने के लिए आवश्यक समय है। रोलिंग प्रतिरोध स्तर जमीन के समान होगा, लेकिन हवा का प्रतिरोध कम होगा, क्योंकि आप धीमी गति से आगे बढ़ रहे हैं, और हवा का प्रतिरोध आम तौर पर दो में से बड़ा होता है। इसलिए आपको उपरोक्त समयों को 1/2 या 2/3 गुना करने की आवश्यकता होगी, जो आपको समतल जमीन पर समान दूरी तय करने में ले जाएगा। 10% ग्रेड के लिए जो 10,000 फीट या लगभग 1.9 मील की दूरी तय करने का समय होगा। 15 मील प्रति घंटे में जो एक और 7.5 मिनट के लिए होगा, इसलिए शायद आधा जोड़ दें।

चूहों - बस एहसास हुआ कि सवाल किलो और मीटर में था ...

"अगर मैं एक सवारी पर (10% पर 10,000 मीटर की दूरी पर) बाइक में 1 किलो वजन जोड़ूं, तो मैं कितना धीमा (समय में) 250 वाट उत्पादन करूंगा?"?

यह 9.81 * 1kg * 1000 मीटर * = 9810 वाट-सेकंड होगा। 1 किलो जोड़ने के कारण 250 वाट कि 38.84 सेकंड अतिरिक्त समय।

और यह मेरे साथ होता है ... कि मोटे तौर पर वाट क्षमता की गणना करने के लिए एक ही गणना का उपयोग किया जा सकता है, एक औसत गति, और एक औसत ढलान। यह कई अन्य वाट क्षमता आकलन योजनाओं की तुलना में अधिक सटीक होगा।

Comments

मुझे मीट्रिक और शाही इकाइयों का आपका मिश्रण पसंद है ;-)

— बेनेडिकट बाउर

@BenediktBauer - आवश्यक है, क्योंकि वाट मेट्रिक हैं और पाउंड / फीट शाही हैं। इसके अलावा, मीट्रिक में व्यक्त किए गए सूत्रों को खोजना आसान है।

— डैनियल आर हिक्स 14

@BenediktBauer - उफ़ !! - बस एहसास हुआ कि आप क्या कहना चाह रहे थे।

— डैनियल आर हिक्स

Answer 4

जैसा कि पहले से ही अन्य उत्तरों द्वारा बताया गया है, एक अतिरिक्त किलोग्राम तब नगण्य होता है जब विशुद्ध रूप से अतिरिक्त संभावित ऊर्जा की आवश्यकता होती है। लेकिन ऐसे अन्य कारक हैं जहां इसका प्रभाव कम या ज्यादा हो सकता है।

सबसे पहले आपका शरीर आवश्यक रूप से उच्च भार के लिए रैखिक रूप से प्रतिक्रिया नहीं करता है। जब तक आप एक ऐसे क्षेत्र में हैं जहां आप बिना थकावट के ऊपर चढ़ सकते हैं, तो आप समान बिजली उत्पादन के साथ थोड़े धीमे रहेंगे। लेकिन अगर अपलिफ्ट आपको अतिरिक्त वजन के बिना भी आपकी सीमा तक ले जाएगा, तो हर अतिरिक्त चना आपको आपकी सीमा से थोड़ा पहले ले आएगा और इसे और अधिक कठिन बना देगा।

साथ ही हर बार किसी तरह से इसमें तेजी लाने के लिए मास एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है। मेरे विचार से कुछ चीजें हैं:

• चढाई की चिकनाई: सन्निकटन जो केवल संभावित ऊर्जा की चिंता करता है वह बेहतर काम करता है, चढाई उतनी ही अच्छी होती है। यदि आप एक निरंतर झुकाव, पक्की ढलान पर जाते हैं, जहाँ आप लगभग स्थिर गति के साथ सवारी करने के लिए मान सकते हैं, तो बहुत अंतर नहीं होना चाहिए। हालांकि, अगर आप बाइक पर "एक्शन" करने के तरीके पर माउंटेन बाइकिंग करते हैं (ऊपर चढ़ते हैं, तो ढीली जमीन पर ट्रैक्शन रखने की कोशिश करें, स्टिपर और चापलूसी वर्गों के बीच स्विच करें), यह अलग हो सकता है।

• अतिरिक्त वजन का "स्थान": यह एक अंतर बना सकता है जहां आप वजन जोड़ते हैं। सबसे बड़ा प्रभाव होगा यदि आपके पास घूर्णन भागों (पहियों, ड्राइव ट्रेन) पर अतिरिक्त भार है। लेकिन साथ ही एक भारी बाइक भी इसे कम प्रतिक्रियाशील महसूस कराएगी जो आपकी मांसपेशियों को तेजी से थका देगी यदि आपको ऊपर की ओर चढ़ने के दौरान बहुत सारे बाइक को संभालने का सामान करना पड़ता है (इसलिए यह फिर से ऊपर की चिकनाई से संबंधित है)। यदि आपके बजाय आपके बैग में अतिरिक्त वजन था, तो इसका बहुत कम प्रभाव होगा।

निष्कर्ष: केवल अतिरिक्त संभावित ऊर्जा बिंदु से यह बहुत अधिक अंतर नहीं ला सकता है, लेकिन यदि आप बाइक की हैंडलिंग या थकान को अपनी सीमा के करीब समझते हैं, तो इसका बड़ा प्रभाव पड़ेगा।

Comments

निश्चित रूप से "द्रव्यमान" नहीं "गधा"। ;)

— जेम्स ब्रैडबरी

@JamesBradbury बेशक यह "द्रव्यमान" होना चाहिए था, लेकिन "गधा" फिट होगा साथ ही कुछ ";-)"। मैं इसे ठीक कर दूंगा।

— बेनेडिकट बाउर

घूर्णन भागों पर अतिरिक्त वजन (फ्रेम पर वजन बनाम) केवल त्वरण (और फिर केवल थोड़ा सा) को प्रभावित करता है, और एक आम तौर पर एक गंभीर पहाड़ी पर जाने में तेजी नहीं करता है।

— डैनियल आर हिक्स

... और मंदी को धीमा करके आपकी मदद करता है।

— जेम्स ब्रैडबरी