Công cụ tính công suất đạp xe là gì?
Công cụ này ước tính công suất cơ học, tính bằng watt, mà người đạp xe phải tạo ra để chạy ở một tốc độ đã chọn. Nó mô phỏng ba lực cản mà tay đua phải vượt qua: lực cản lăn giữa lốp và mặt đường, lực cản gió khi rẽ không khí, và trọng lực khi leo dốc. Một hệ số hao hụt truyền động sẽ chuyển đổi công suất truyền tới bánh xe thành công suất lớn hơn mà bạn thực sự phải đạp ở bàn đạp. Đây là mô hình vật lý mang tính phổ quát, áp dụng được ở bất kỳ đâu.
Cách sử dụng
Nhập tổng khối lượng (cả người, xe và đồ mang theo), tốc độ mục tiêu tính bằng km/h, và độ dốc mặt đường theo phần trăm (nhập 0 cho đường bằng, số âm cho đoạn xuống dốc). Các giá trị mặc định cho lực cản lăn (Crr ≈ 0,005 với lốp xe đường trường), diện tích cản gió (CdA ≈ 0,3 m² ở tư thế đặt tay trên hood), mật độ không khí (\(\rho = 1{,}225\ \text{kg/m}^3\) ở mực nước biển) và hao hụt truyền động (≈ 2%) đều hợp lý với một tay đua đường trường, nhưng bạn có thể tinh chỉnh lại. Kết quả hiển thị tổng công suất tại bàn đạp kèm theo bảng phân tích theo từng lực cản.
Giải thích công thức
Công suất bằng lực nhân với vận tốc. Lực cản lăn là \(C_{rr}\cdot m\cdot g\), lực cản gió là \(0{,}5\cdot\rho\cdot C_dA\cdot v^{2}\), và lực leo dốc là \(m\cdot g\cdot\text{độ dốc}\). Nhân mỗi lực với tốc độ \(v\) (tính bằng m/s) ta được công suất tương ứng của từng thành phần. Lưu ý rằng công suất khí động học tăng theo lũy thừa bậc ba của tốc độ — đó chính là lý do vì sao càng đạp nhanh trên đường bằng thì càng tốn sức kinh khủng.
$$P = \dfrac{\left(C_{rr}\,m\,g\,v\right) + \left(\tfrac{1}{2}\,\rho\,C_dA\,v^{3}\right) + \left(m\,g\,G\,v\right)}{1 - \dfrac{\text{Drivetrain Loss (\%)}}{100}}$$trong đó:
$$\begin{aligned} v &= \dfrac{\text{Speed (km/h)}}{3.6}, \quad g = 9.8067 \\ m &= \text{Mass (kg)}, \quad G = \dfrac{\text{Grade (\%)}}{100} \\ C_{rr} &= \text{Crr}, \quad C_dA = \text{CdA} \\ \rho &= \text{Air Density} \end{aligned}$$
Ví dụ minh họa
Với một tay đua nặng 80 kg chạy ở tốc độ 30 km/h (8,333 m/s) trên đường bằng, với Crr 0,005, CdA 0,3, ρ 1,225 và g 9,8067: lực cản lăn =
$$0{,}005\cdot 80\cdot 9{,}8067\cdot 8{,}333 \approx 32{,}69\ \text{W}$$lực cản gió =
$$0{,}5\cdot 1{,}225\cdot 0{,}3\cdot 8{,}333^{3} \approx 106{,}34\ \text{W}$$trọng lực = 0 W. Công suất tại bánh xe ≈ 139,04 W, và chia cho 0,98 để tính 2% hao hụt truyền động ta được khoảng 141,9 W tại bàn đạp.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao bảng phân tích không bao gồm hao hụt truyền động? Ba dòng trong bảng phân tích là công suất tính tại bánh xe; con số tổng phía trên đã cộng thêm phần hao hụt truyền động.
Nên dùng giá trị CdA nào? Khoảng 0,4 ở tư thế ngồi thẳng, 0,3 khi đặt tay trên hood, 0,25 khi đặt tay ở drop, và 0,20 hoặc thấp hơn ở tư thế đua tính giờ (time-trial).
Gió có ảnh hưởng không? Có — gió ngược thực chất làm tăng tốc độ không khí trong thành phần khí động học. Mô hình cơ bản này giả định điều kiện lặng gió.
