ロードバイクは寒い方が遅くなる？出力計算をしてみた。
ロードバイクの速さについて調べていくと、
・寒い方が遅くなりますよー
という記事をたまに見かけることがあります。
寒いので体があったまっていないのかな～などと思っていたのですが、
下記に、ロードバイクの出力の計算表を作成したところ、
その正体が、「空気の密度の違い」による、空気抵抗の違いではないのか？
という疑念が持ち上がりましたので、
気温によってどれだけ出力、速度が違うものなのか、
確認していきたいと思います。
空気抵抗について考える。
空気抵抗は、
空気抵抗(N) = 1/2 × ρ × Cd × A × (速度＋風速)2
で表すことができます。
ここで、今回問題になってくるのが、ρ＝空気の密度です。
空気の密度と圧力、気温の関係は？
空気の密度は実際は、状態方程式から、
P = ρR(t+273.15)
ρ ＝ P / R(t+233.15)
で表すことができます。
このことより、
・圧力が高い方が、密度は高く
・気温が高い方が、密度は低く
なることが分かります。
圧力に関しては、1013hPaが1気圧を表すように、
冬であろうが、夏であろうがあまり変わりはないのですが、
気温となると、夏と冬で違います。
夏と冬での空気の密度の違い
では、どれくらい違うか計算していきます。
気圧は1013hPa、R＝2.87として、
気温30℃では、
ρ = 1013/2.87/(30+273.15)=1.164
気温15℃では
ρ = 1013/2.87/(15+273.15)＝1.225
気温5度では
ρ = 1013/2.87/(5+273.15)=1.269
となり、
・30℃と15℃で約5％
・30℃と5℃で約9％
も変わることが分かりました。
気温による出力、速度の違い
では、さっそく、この気温と密度の関係から、
気温によってどのように必要な出力が変わってくるのか、確認していきたいと思います。
平地の巡航について考える
勾配を入れると話が分かりづらくなるので、
平地を巡航した場合を考えていきたいと思います。
条件は
・体重65kg＋装備10kg
・姿勢ドロップハンドル上(CdA=0.277)
・チューブありタイヤ(転がり抵抗＝0.005)
としようと思います。
結果は下記の通り。
なんとなんと、ほぼ変わらない結果となりました。笑
予定外の結果に焦っています。
ということで、よく走る「30km～40km」をアップで切り取ってみました。
この解像度で見ると多少気温による差が分かってくると思います。
35km/hのスピードを出している時を確認していきます。
気温5℃では 197W必要ですが、
気温30℃では 189Wと9Wの出力さが生じています。
また、言い換えると、197Wの出力を出すと、気温30℃では36km/hの速度を出すことができます。
微々たる量に感じますが、気温によって、出力に差が生じることが分かりました。
では、消費カロリーはどうなるのか？
では、消費カロリーについてはどうなるのか？
も確認していきたいと思います。
ワットと、消費カロリーの関係は、メッツ表から読み取ることができます。
下記表と、グラフより、
メッツ＝0.0564 × 仕事率(W) + 1 であらわされることが分かりました。
| 仕事率(W) | メッツ | 60kgの人/1時間 |
| 30-50W(非常に楽な労力) | 3.5 | 210kcal/h |
| 51-89Ｗ(楽から程々の労力) | 4.8 | 288kcal/h |
| 90-100Ｗ(程々～きつい労力) | 6.8 | 408kcal/h |
| 101-160Ｗ(きつい労力) | 8.8 | 528kcal/h |
| 161-200W(きつい労力) | 11.0 | 660kcal/h |
| 201-270W(きつい労力) | 14.0 | 840kcal/h |
35kmで巡航した場合の消費カロリーの違い
ということで、これらの条件を使って35km/hで巡航した場合の、
消費カロリーの違いを確認していきたいと思います。
先ほどの計算結果より35km/hでの出力は、
気温5℃では 197W
気温30℃では 189W
で表されることが分かりました。このワットを先ほどのメッツ表に入れると、
5℃でのメッツ＝0.0564 × 197 + 1 ＝ 12.11メッツ
30℃でのメッツ＝0.0564 × 189 + 1 ＝ 11.65メッツ
という結果となります。
体重65kgの人の場合、4時間走行すると
5℃での消費カロリー＝12.11×65×４＝3148kcal
30℃での消費カロリー＝11.65×65×４＝3029kcal
となります。結局のところ、4時間走っても、100kcalも違わないのですね…
結論
ということで、冬の方がロードバイクの速度は遅くなるのか？
について検証していきましたが、結果として
ことが分かりました。
確かに、気温によって変わることは変わるのですが、
それよりも、姿勢や、ホイールなどを変えた方が何倍も変わるようですね。笑
とりあえず、そこら辺の関係も↓の記事にまとめてありますので、
気になる方は参考に下さい！
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