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ロードバイクは寒い方が遅くなる!?出力計算をしてみた。

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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)3.5210kcal/h
51-89W(楽から程々の労力)4.8288kcal/h
90-100W(程々~きつい労力)6.8408kcal/h
101-160W(きつい労力)8.8528kcal/h
161-200W(きつい労力)11.0660kcal/h
201-270W(きつい労力)14.0840kcal/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

・冬で気温が低い方が、夏に比べると35km/h付近で1km/hの差がつく。

・カロリーで行くと、35km/h巡航で4時間走っても100kcalしか変わらない。

ということで、→気温はほぼ影響しない!!!

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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