Un ciclista casi siempre gasta menos energía que un caminante. Con una trampa. Cuando los gradientes del camino comienzan a elevarse a altos porcentajes, algunas cosas interesantes comienzan a suceder.
Historia divertida Hace algunos años, corrí mi bicicleta en un tramo de carretera de 7 millas en los Apalaches llamado Mt. Washington Auto Road. Peesy fácil. Excepto que el camino tiene un gradiente promedio de 12% que llega al 20% en algunos puntos, lo que lo convierte en una de las subidas más empinadas de toda América del Norte.
Pensé que estaba en una de las mejores condiciones de mi vida, y con un engranaje algo optimizado, mi velocidad fluctuó alrededor de 6 mph. Después de casi colapsar en la línea de meta por el esfuerzo de castigo una hora y 20 minutos después, tuve que juntar mi cola entre mis piernas cuando descubrí que la velocidad del ganador, 2 mph más rápido que yo, lo hizo cruzar la línea al menos media hora ¡más temprano!
Existen varias carreteras súper empinadas como esta en todo el mundo, y cuando necesitas un descanso del esfuerzo, desmontas la bicicleta y subes. Lo que particularmente requiere esto no es solo la fatiga muscular, sino la falta de enfriamiento para su cuerpo a bajas velocidades. Si las carreteras están mojadas, heladas o tiene suciedad en la carretera, su neumático trasero se resbala del par, lo que agrava aún más la situación.
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Naturalmente, se me ocurre una pregunta: ¿en qué grado tiene sentido simplemente bajar de la bicicleta y caminar? ¿Caminar es más eficiente después de un gradiente limitante?
Cuando existe un gradiente, es suficiente considerar la potencia de ciclo debido al cambio en la energía potencial Ppe, la potencia para superar la resistencia a la rodadura Prr y la potencia para superar la resistencia al viento. El poder de modelado para escalar diferentes pendientes es una tarea sencilla, si aplica el equilibrio de energía.
Del mismo modo, existen algunas buenas relaciones empíricas para el tiempo necesario para caminar 1000m en varios grados. Tracé una relación que obtuve de un artículo que vincula de manera interesante la potencia óptima del modelo muscular de Hill con el grado y el coeficiente de fricción.
El final corto de esta historia es que tomé estos dos modelos y puse algunos números solo para ver qué pasa. Los supuestos fueron como:
También consideré una eficiencia de la transmisión del 98% y una eficiencia de transducción de energía de sustratos metabólicos del 30% al caminar y del 25% al andar en bicicleta.
Básicamente, estaba interesado en resolver la energía en kcal normalizada a metros caminando y en bicicleta en diferentes gradientes. Con los parámetros asumidos, obtuve lo siguiente,
Esto me indicó que había un punto de cruce al 40% de pendiente . Más allá de esto, correr, al menos según los modelos, dejó de ser eficiente en una base de kcal / m.
Sin embargo, las cosas se pusieron interesantes cuando aumenté la masa de la persona m a 100 kg. La energía requerida para caminar y andar en bicicleta aumentó y el gradiente limitante se desplazó hacia la izquierda a aproximadamente el 35% .
Conclusión : no tuve tiempo para evaluar la sensibilidad del gasto energético con cambios en todos los factores imaginables, pero es posible que exista un gradiente limitante para ciertas combinaciones de parámetros. Hay calles empinadas, algunas (incluso sin pavimentar) con pendientes superiores al 30% donde el terreno pobre que causa el deslizamiento de los neumáticos o las altas temperaturas + velocidades lentas que causan el sobrecalentamiento del cuerpo puede justificar caminar cuesta arriba en lugar de luchar por mantener el equilibrio en una bicicleta.
Si los gradientes se vuelven extremadamente inmanejables con su engranaje, mejor se detiene, deje la bicicleta a un lado y camine lentamente sujetando las rodillas, o zigzagueando hacia arriba. Uno puede intentar avanzar a cuatro patas para obtener un equilibrio adicional, pero este método de locomoción no se investiga aquí. Sospecho que moverse a cuatro patas está bien hasta cierto punto, después del cual comenzarás a cansarte rápidamente.
Fuentes: Modelo de caminata cuesta arriba , página en sigmadewe.com
Modelo matemático para ciclismo de carretera Página en recumbents.com