Rendimiento de la bicicleta
El rendimiento de una bicicleta es extraordinariamente eficiente. En términos de la cantidad de energía que una persona debe gastar para recorrer una distancia determinada, se calcula que la bicicleta es el medio de transporte autopropulsado más eficiente . [1] En términos de la relación entre el peso de la carga que una bicicleta puede transportar y el peso total, también es el medio de transporte de carga más eficiente.
Desde un punto de vista mecánico, hasta el 99 % de la energía que el ciclista entrega a los pedales se transmite a las ruedas (cadena nueva limpia y lubricada a 400 W), aunque el uso de engranajes reduce esto entre un 1 y un 7 % ( cadena limpia y lubricada a 400 W). , desviadores bien lubricados ), 4–12 % (cadena con cubos de 3 velocidades) o 10–20 % (transmisión por eje con cubos de 3 velocidades). Las eficiencias más altas en cada rango se logran a niveles de potencia más altos y en transmisión directa (engranajes de buje) o con piñones accionados grandes (desviadores). [2] [3]
Un ser humano que viaja en bicicleta a 16–24 km/h (10–15 mph), usando solo la energía necesaria para caminar, es el medio de transporte humano más eficiente en términos de energía disponible en general. [4] La resistencia aerodinámica , que aumenta con el cuadrado de la velocidad, requiere potencias cada vez mayores en relación con la velocidad. Una bicicleta en la que el ciclista se acuesta en posición supina se conoce como bicicleta reclinada o, si está cubierta con un carenado aerodinámico para lograr una resistencia aerodinámica muy baja, como aerodinámica .
En suelo firme y llano, una persona de 70 kg (150 lb) requiere unos 60 vatios [5] para caminar a 5 km/h (3,1 mph). Esa misma persona en una bicicleta, en el mismo terreno, con la misma potencia de salida, puede viajar a 15 km/h (9,3 mph) usando una bicicleta ordinaria, [6]por lo que en estas condiciones el gasto energético de la bicicleta es un tercio del de caminar la misma distancia. Las velocidades cuesta arriba y cuesta abajo varían según la pendiente de la pendiente y el esfuerzo del ciclista. El ciclismo cuesta arriba requiere más potencia para vencer la gravedad y, por lo tanto, las velocidades son más bajas y la frecuencia cardíaca es más alta que en condiciones de conducción plana. Con un esfuerzo medio, un ciclista puede pedalear de 8 a 10 km/h en una pendiente suave. Conducir sobre hierba, arena, barro o nieve también reducirá la velocidad del ciclista. Sin pedalear cuesta abajo, un ciclista puede alcanzar fácilmente velocidades de 20 a 40 km/h en una pendiente suave del 5 % y velocidades superiores a 50 km/h en pendientes más pronunciadas.
Los seres humanos activos pueden producir entre 1,5 vatios por kilogramo de masa corporal (sin entrenamiento), 3,0 W/kg (en forma) y 6,6 W/kg (atletas masculinos de primera clase). 5 W/kg es aproximadamente el nivel alcanzable por el nivel más alto de aficionados masculinos durante períodos más largos. [7] Los niveles máximos de potencia sostenida durante una hora oscilan entre unos 200 W ( grupo experimental de "hombres sanos" de la NASA ) y 500 W ( récord mundial de la hora de los hombres ). [8]
La entrada de energía al cuerpo humano es en forma de energía alimentaria , normalmente cuantificada en kilocalorías [kcal] o kilojulios [kJ=kWs]. Esto se puede relacionar con cierta distancia recorrida y con el peso corporal, dando unidades como kJ/(km∙kg). La tasa de consumo de alimentos, es decir, la cantidad consumida durante un cierto período de tiempo, es la potencia de entrada. Esto se puede medir en kcal/día o en J/s = W (1000 kcal/d ~ 48,5 W).
La potencia aerodinámica es inicialmente muy baja y aumenta con el cubo de la velocidad.
La potencia de resistencia a la rodadura es más alta al principio, pero solo aumenta suavemente.
Se considera que subir una pendiente del 5% es casi lo mismo que una aceleración continua con 0,5 m/s 2 .