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。

ロードバイクの【パワー】の計算機！パワー(W)と速度(km/h)、消費カロリーの関係|巡航出力計算機

ロードバイクの巡航出力の計算を行います。・巡航速度と向かい風・人の情報(体重と姿勢)・自転車の情報(重量と、転がり抵抗)を入力してください。必要なパワー(W)を求めることができます。ロードバイクの【パワー】の計算機！パワー(W)と速度(km...

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2021.01.25

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。

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！

ロードバイクが速くなりたい服→タイヤの順に変えろ！?理論計算から計算

ロードバイクが速くなりたい服→タイヤの順に変えろ！?理論計算から計算ロードバイクの巡航速度を上げたいけど、・カーボン製のフレームにすべきか。。 ・タイヤを変えるべきか。。・ホイールを変えるべきか。・サドルを変えてみるか、、などなどいろいろと...

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2019.11.06

・巡航速度と向かい風、勾配
・人の情報(体重と姿勢)
・自転車の情報(重量と、転がり抵抗)

を入力してください。必要なパワー(W)を求めることができます。

ロードバイクのヒルクライム出力計算機|速度(km/h)とパワー(W)、消費カロリーの関係

ロードバイクの速度、姿勢、転がり抵抗、重さと出力の関係を理論的にまとめてみました。

抵抗は「空気抵抗」と 「重力」 「転がり抵抗」の3つ

抵抗は、重力と空気抵抗と転がり抵抗の3つとなります。

空気抵抗の計算

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。

空気の密度

空気の密度は、
P：圧力(hPa) 　ρ:空気の密度　R：気体定数2.87　t:温度　として、

状態関数　P=ρR(t+273.15)　から

空気の密度　ρ=P/{2.87(t+273.15)}

であらわすことができます。

今回は1気圧＝1023hPa，温度15度とし、1.24としています。

CdA

空気抵抗とは、
「空気がぶつかって遅くなった時に力(圧力×面積)に変わる」現象なので、

翼のように流線形だと低く、受ける面積が小さいと低くなります。

ここで、Cdは空気抵抗係数を表し、
流線形で空気を止めない形であれば低く、受け止めてしまう形状では高いです。

また、力は圧力×面積なので、全面投影面積(A)が大きいとより抵抗は大きくなります。

台風の時に大きな木の板をもって風上に向かって立つことを考えると
理解しやすいと思います。

今回、この2つの値を掛け合わせたCdA値をGgazinの記事より引用させていただきました。
下記図の通り

ドロップハンドルの上　CdA＝0.277m²
ドロップハンドルの下　CdA＝0.222m²

となるようです。

超高速の自転車ダウンヒルバトルを制する「最強の空力ポジション」はどれなのか？

世界最大の自転車レースとして知られる「ツールド・フランス」の2016年大会を制したのはイギリス人のクリス・フルームでした。ツールド・フランス2016の第8ステージで、フルームは「super-tuck」と名付けられた独特のライディングポジショ...

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空力の解析の動画

重力による力

重力による影響は、

重力による力(N)＝mgsinθ

で求めることができます。
ここで、mは体重と装備の総和。gは重力加速度(9.8m/s²)、θは勾配の角度です。

角度θについて

θ(rad)は勾配の角度ですが、θ(rad)が微小な場合、

sinθ≒tanθ＝勾配(≒θ)

という式が成り立ちます。
これは、約10度＝17％の勾配まで成り立ちますので、

重力による力(N)＝mgsinθ≒mg×勾配(％)

という関係が導き出されます。

転がり抵抗

転がり抵抗は、

転がり抵抗(N)　＝　mg　×　転がり抵抗係数

で求めることができます。mgは(体重+装備)×重力加速度です。

転がり抵抗係数

転がり抵抗係数は、下記サイトを参考に参考値を持ってきました。

チューブレスタイヤだと中にワイヤーが入っている分
変形が小さく転がり抵抗は小さく、0.003程度。

チューブありだと、変形が大きく0.005程度になるようです。

Road Bike Tire Test: Panaracer Race D Evo 3 25

Tire lab test of a Panaracer Race D Evo 3 25 road bike tire. Includes rolling resistance tests, puncture resistance test...

www.bicyclerollingresistance.com

重力による力と転がり抵抗の関係について

重力による力と、転がり抵抗による力は、
どちらとも、mg「重さ」によって、表されます。

重力による力(N)＝　mg　×　勾配(％)
転がり抵抗(N)　＝　mg　×　転がり抵抗係数

また、転がり抵抗は
チューブレスで0.003≒0.3％　チューブありで0.005≒0.5％
となります。

上記の2つの関係より、
チューブありのタイヤをはいていると、チューブレスタイヤに対して、
「0.2％勾配」のハンデを背負っているということになります。

抵抗→ワットへの換算

上記の計算式より抵抗値を求めることができました。

しかしどちらも、力(N)ですので、仕事率(W)に変換する必要があります。

仕事率(W)は　「1秒間に　1J　の仕事をする仕事率」ですので、

１W＝　1　J /s
　　＝　1　N×m/s

で表されます。ここで、

Ｎ：先ほど求めた負荷、
m/s：速度の単位になっていますので、時速を代入します。

結果として、仕事量Ｗは

Ｗ＝　(空気抵抗＋転がり抵抗)〔Ｎ〕　×　速度〔m/s〕

で求めることができます。

消費カロリーについて

純粋な消費カロリー

消費カロリーとワットの関係は

1J=4.2cal　の関係から両辺を1sで割って、

1W＝4.2cal　で表すことができます。

また、消費カロリーは kcal/h で表されることが多いですので、
単位を変換し、

1kcal/h=W ×3600/1000/4.2

100Ｗで巡航している場合、

消費カロリー(kcal/h)＝100*3600/1000/4.2=111kcal/h

となります。

人の消費カロリー

しかしながら、人が自転車に動力を伝えるまでにロスが生じます。
そのロス分は、熱などになって消費されます。

下記記事から通り、ロードバイクの消費カロリーは
メッツ＝0.0564　×　仕事率(W)
消費カロリー＝体重×メッツ＝体重×0.0564×仕事率(W)
で表されることが分かっております。

60kgで100Ｗで走った場合、
消費カロリー＝60×0.0564×100＝338kcal/h
消費されることになります。

これから考えると、111/338=33%前後しか動力として伝えられていないことになりますね。

ロードバイクの「本当の」消費カロリー！metsは過大評価しすぎ！？

ロードバイクの「本当の」消費カロリー！metsは過大評価しすぎ！？ロードバイクの消費カロリーと調べると、国立健康・栄養研究所の資料の「自転車に乗る」のメッツを参考にした記事が多数出てきます。「自転車に乗る」のメッツは、下記表の通りとなってお...

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2021.01.25

・巡航速度と向かい風
・人の情報(体重と姿勢)
・自転車の情報(重量と、転がり抵抗)

を入力してください。必要なパワー(W)を求めることができます。

ロードバイクの【パワー】の計算機！パワー(W)と速度(km/h)、消費カロリーの関係|巡航出力計算機

ロードバイクの速度、姿勢、転がり抵抗、重さと出力の関係を理論的にまとめてみました。

抵抗は「空気抵抗」と「転がり抵抗」の2つ

抵抗は、空気抵抗と転がり抵抗の2つとなります。

空気抵抗の計算

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。

空気の密度

空気の密度は、
P：圧力(hPa) 　ρ:空気の密度　R：気体定数2.87　t:温度　として、

状態関数　P=ρR(t+273.15)　から

空気の密度　ρ=P/{2.87(t+273.15)}

であらわすことができます。

今回は1気圧＝1023hPa，温度15度とし、1.24としています。

CdA

空気抵抗とは、
「空気がぶつかって遅くなった時に力(圧力×面積)に変わる」現象なので、

翼のように流線形だと低く、受ける面積が小さいと低くなります。

ここで、Cdは空気抵抗係数を表し、
流線形で空気を止めない形であれば低く、受け止めてしまう形状では高いです。

また、力は圧力×面積なので、全面投影面積(A)が大きいとより抵抗は大きくなります。

台風の時に大きな木の板をもって風上に向かって立つことを考えると
理解しやすいと思います。

今回、この2つの値を掛け合わせたCdA値をGgazinの記事より引用させていただきました。
下記図の通り

ドロップハンドルの上　CdA＝0.277m²
ドロップハンドルの下　CdA＝0.222m²

となるようです。

超高速の自転車ダウンヒルバトルを制する「最強の空力ポジション」はどれなのか？

世界最大の自転車レースとして知られる「ツールド・フランス」の2016年大会を制したのはイギリス人のクリス・フルームでした。ツールド・フランス2016の第8ステージで、フルームは「super-tuck」と名付けられた独特のライディングポジショ...

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空力の解析の動画

転がり抵抗

転がり抵抗は、

転がり抵抗(N)　＝　mg　×　転がり抵抗係数

で求めることができます。mgは体重×重力加速度です。

転がり抵抗係数

転がり抵抗係数は、下記サイトを参考に参考値を持ってきました。

チューブレスタイヤだと中にワイヤーが入っている分
変形が小さく転がり抵抗は小さく、0.003程度。

チューブありだと、変形が大きく0.005程度になるようです。

Road Bike Tire Test: Panaracer Race D Evo 3 25

Tire lab test of a Panaracer Race D Evo 3 25 road bike tire. Includes rolling resistance tests, puncture resistance test...

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抵抗→ワットへの換算

上記の計算式より抵抗値を求めることができました。

しかしどちらも、力(N)ですので、仕事率(W)に変換する必要があります。

仕事率(W)は　「1秒間に　1J　の仕事をする仕事率」ですので、

１W＝　1　J /s
　　＝　1　N×m/s

で表されます。ここで、

Ｎ：先ほど求めた負荷、
m/s：速度の単位になっていますので、時速を代入します。

結果として、仕事量Ｗは

Ｗ＝　(空気抵抗＋転がり抵抗)〔Ｎ〕　×　速度〔m/s〕

で求めることができます。

消費カロリーについて

純粋な消費カロリー

消費カロリーとワットの関係は

1J=4.2cal　の関係から両辺を1sで割って、

1W＝4.2cal　で表すことができます。

また、消費カロリーは kcal/h で表されることが多いですので、
単位を変換し、

1kcal/h=W ×3600/1000/4.2

100Ｗで巡航している場合、

消費カロリー(kcal/h)＝100*3600/1000/4.2=111kcal/h

となります。

人の消費カロリー

しかしながら、人が自転車に動力を伝えるまでにロスが生じます。
そのロス分は、熱などになって消費されます。

下記記事から通り、ロードバイクの消費カロリーは
メッツ＝0.0564　×　仕事率(W)
消費カロリー＝体重×メッツ＝体重×0.0564×仕事率(W)
で表されることが分かっております。

60kgで100Ｗで走った場合、
消費カロリー＝60×0.0564×100＝338kcal/h
消費されることになります。

これから考えると、111/338=33%前後しか動力として伝えられていないことになりますね。

ロードバイクの「本当の」消費カロリー！metsは過大評価しすぎ！？

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2021.01.25

条件(体重、VO2max、年齢、安静時の心拍数)を入力し、
各心拍数での運動時間を入力してください。

各心拍数の運動でのEPOC(ml/kg)とそれによるカロリー消費を計算します。

EPOC(運動後過剰酸素消費量)計算機～消費カロリーも

計算の詳細は下記の通り

EPOCとは～筋トレのカロリー消費・脂肪燃焼効果について～アフターバーン効果

EPOCとは～筋トレのカロリー消費・脂肪燃焼効果について～アフターバーン効果有酸素運動だけでなく、筋トレでも脂肪燃焼効果がある！！といわれている要因としてEPOC「Excess Post-Exercise Oxygen Consumptio...

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2021.01.25

EPOC(アフターバーンエフェクト)の計算

EPOC(運動後過剰酸素消費量)(ml/kg)は下記データを参照し、
簡易的に　％VO2max　＝　％心拍数　として計算しています。

強度によって大きく傾きが違い、
30分くらいで少し傾きが穏やかになってくるようです。
60％以下の運動強度ではほぼEPOCは上昇しないことが分かります。

Indirect EPOC Prediction Method Based on Heart Rate Measurement

また、下記グラフの通り、運動強度≒心拍数は運動後すぐには上昇せず、
少しずつ上昇していきます。
ですので、上記のEPOCがたまる70％以上の直線に乗るまでは、
ある程度のアップを終えた後ということになります。

Indirect EPOC Prediction Method Based on Heart Rate Measurement

EPOCを酸素消費量に置き換え、カロリーに変換する

EPOCは(ml/kg)の単位となっていますので、
体重をかけて過剰酸素消費量を求めます。

過剰酸素消費量(ml)　=　EPOC(ml/kg)　×　体重(kg)

また、酸素1L当たりのエネルギー消費量は5kcalなので、

消費カロリー(kcal)　＝　過剰酸素消費量(ml)　/　1000　×　5(kcal/L)

として計算しております。

<参考>酸素摂取量からの基礎代謝の計算

運動していない状態での酸素消費量は

3.5(ml/kg/分)

程度といわれています。
ですので、体重70kgの人で、1日の消費カロリーは

酸素摂取量　＝　3.5　×　60(分)　×　24　×　70(kg)　＝　352.8(L)
消費カロリー　＝　352.8(L)　×　5(kcal/L)　＝　1764(kcal)

となります。

何となくイメージに合っているのではないでしょうか？
基礎代謝について、もっと詳しく知りたい方は↓

筋肉量から基礎代謝計算！簡易計算機～キャッチ・マカードルの計算式

性別、年齢、身長、体重、体脂肪率、生活強度、 を入力してください。筋肉量を考慮に入れた基礎代謝量(キャッチ・マカードルの式)を計算します。ダイエット関連のまとめ記事はこちらを参考にしてみてください！併せて読みたい！計算式について実際の計算式...

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2020.06.09

基礎代謝と1日のカロリーの計算～ハリスベネディクトの式

性別、年齢、身長、体重、生活強度、 を入力してください。基礎代謝と1日の消費カロリー、1日断食した場合の体重の減少量が表示されます。計算式について実際の計算式は下記の通りとなっております。①基礎代謝ハリス・ベネディクト方程式の改良版で計算し...

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2020.06.08

同じ距離を早く走った場合と遅い場合の消費カロリーについて～ランニングダイエット

基本的にランニングでの消費カロリーは

消費カロリー　＝　体重　×　距離　

と言われています。
となると、距離が同じであれば消費カロリーが同じということになります。

が、早く走った方が、、

カロリー消費している気がする？
いや、してほしい！！

ということで、アフターバーン計算機もできたところですので、
確認していきたいと思います。

メッツ表から確認

下記に国立健康・栄養研究所から発行されている「メッツ表」を示します。
メッツとは、消費カロリーを推測できるツールとなっており、

消費カロリー　＝　メッツ×体重×時間

の式を用いることで消費カロリーを求めることが可能です。
では、これを用いて消費カロリーを計算していきたいと思います。

下記メッツ表を見てもらうと分かるのですが、
メッツ≒時速
となっていることが分かります。
ですので、消費カロリーの式は、

消費カロリー　＝　メッツ×体重×時間
　　　　　　　 ≒　時速(km/時)×体重×時間(時)
　　　　　　　 ≒　距離(km)×体重

と、先ほど述べた式になってしまいますね。。
結果として同じ距離では、カロリー消費は同じということになります。
単純な仕事の式を考えても「仕事＝力×距離」なので、正しい結果な気がしますよね。。

改訂版『身体活動のメッツ（METｓ）表』

酸素使用量を考えて、アフターバーンも考えてみる。

では、酸素使用量やアフターバーン効果を考えて計算してみたいと思います。

前提は

・体重：65kg
・VO2max：50ml/kg/min
・ランニングの距離：5km走った場合

とします。

50％の運動強度の場合(時速8kmの場合)

では、まず55%の強度でランニングした場合を考えます。
55％の強度とは、55％VO2maxですので、27.5ml/kg/minの運動になります。

また、基礎代謝は3.5ml/kg/minと言われていますので、
27.5/3.5＝7.9メッツ＝7.9km/時の運動となります。
この速度で5km走るとすると、5/7.9＝38分かかることになります。

次に酸素使用量を考えます。
55％の強度で38分間ランニングした場合の酸素使用量は、
VO2max、体重、運動時間を用いて、

O2COST = 55% × 50ml/kg/min × 65kg × 38min = 68L

で表されます。また、酸素1L当たりのエネルギー消費量は5kcal/Lと言われていますので、

消費カロリー ＝ 68L × 5kcal/L = 340kcal　

となります。これは、体重×距離　＝　65×5＝325kcal　と
ほぼ近似していることが分かります。

では、次にアフターバーンでの消費カロリーを考えます。
下記記事のグラフにて、ランニング中に不足した酸素量(EPOC)を確認します。

上記の運動でのEPOCは約37.5ml/kgとなります。
酸素使用量に直すためには、体重をかける必要がありますので、

O2cost_after = 37.5ml/kg　×　65kg　＝2.25L

となり、消費カロリーは

消費カロリー　＝　2.25×5　＝11.25kcal

ということになり、ほぼアフターバーンエフェクトは無い。ということになります。

90％の運動強度の場合(時速13.6kmの場合)

では、次は全速力「95％」の強度で走ったときの計算をしてみます。

90%VO2 = 90% ×　50ml/kg/min = 45ml/kg/min
メッツ≒時速≒45/3.5=12.8km/時
運動時間＝5/12.8＝24分
運動での酸素消費量＝45×65×24＝68L
運動での消費カロリー＝68×5＝340kcal

で、ここまでは、消費カロリーは同じという結果になります。

次に、アフターバーンエフェクトを確認していきます。
22分間90%の強度で運動すると、EPOC=酸素不足量が220ml/kgとなるようです。
ここから酸素使用量と消費カロリーを求めると

アフターバーンでの消費酸素量＝220ml/kg×65kg＝14.3L
アフターバーンでの消費カロリー＝14.3L×5kcal/L＝71.5kcal

ということになります。
先ほど50％の強度で走ったときには11kcalでしたので、
約60kcal余分に消費したことになります。

この差を距離に換算すると、カロリー/体重＝60/65≒1km　となり、
アフターバーンによって、1km余分に走ったことと同じカロリー消費できます。

実際のところどうなのか？

この通り、アフターバーンも含めたカロリーを
理論的に計算してきましたが、

・90％で走り続けるのは結構厳しい
・下図にあるように、最初から心拍数90%で運動できるわけではなく、
　心拍数は徐々に上がっていくものになる。
・高強度のトレーニングをアップなしで行うと、けがのリスクが大きくなります。

ですので、実際には「24分の運動」では70kcalの
アフターバーンエフェクトを得るのは難しいと思います。

Indirect EPOC Prediction Method Based on Heart Rate Measurement

結論

の結論としては、

という結果となりました！
追い込めば追い込むほど、カロリーもそれに応じて大きくなると信じて、
トレーニングに励みましょう！！！

ダイエット関連のまとめ記事はこちらを参考にしてみてください！

併せて読みたい！

【まとめ】確実にダイエットに成功する方法！ダイエットを科学する！

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2020.06.08

運動強度と、運動による消費カロリー、
運動後アフターバーンでの消費カロリーを計算します。

また、参考までに最大の心拍数とVO2max、
その運動をランニングに換算した場合の速度を計算します。

【心拍数とカロリーの関係】平均心拍数から消費カロリーを計算～アフターバーン効果も

メッツ表を用いてカロリーの計算はできるのですが、
人によって同じ運動でも、運動強度は違います。

しかし、最近の運動ブームもあり、
時計で心拍数を計れる＝その人のその運動の運動強度が分かる時代になりました。

そこで、今回は運動終了後に表示される結果(運動時の平均の心拍数と運動時間)より、
運動時の消費カロリーと、運動後に消費されるアフターバーンでのカロリーを計算していきたいと思います。

運動強度の計算

運動強度は、簡易的に心拍数で代用しています。

運動強度　＝　(運動時の平均心拍数ー安静時心拍数)/(最大心拍数ー安静時心拍数)

です。
最大心拍数は　(220-年齢)　とし、
安静時の心拍数は、寝起きくらいでの心拍数をとるといいといわれています。

運動時の消費カロリーの計算

運動時の消費カロリーは、酸素消費量から計算しています。
あなたが、最大で発揮できる酸素消費量VO2maxは

VO2max = 15 ×(最大心拍数/安静時心拍数)

で簡易的に計算できるといわれております。
VO2maxは(ml/kg/min)で表され、体重と運動時間をかけることで、
酸素消費量を求めることができます。よって、

酸素消費量(ml) = 運動強度(％) × VO2max × 体重 × 運動時間

で求めることができます。また、酸素1L当たり５kcalの運動ができるといわれていますので、
消費カロリーは

消費カロリー(kcal) = 酸素消費量(ml) ×　５(kcal/L)

となります。

アフターバーンの計算

EPOC(運動後過剰酸素消費量)(ml/kg)は下記データを参照し求めています。

EPOCは(ml/kg)ですので、体重をかけて酸素の絶対量に変換し、
先ほどのように5(kcal/L)をかけて消費量を換算しています。

Indirect EPOC Prediction Method Based on Heart Rate Measurement

ですので、上記のEPOCがたまる70％以上の直線に乗るまでは、
ある程度のアップを終えた後ということになります。

Indirect EPOC Prediction Method Based on Heart Rate Measurement

ランニング速度の換算について

消費カロリーを簡易的に出す指標としてメッツというものがあります。
メッツを用いると消費カロリーは、

消費カロリー＝メッツ×体重×運動時間

で表され、ランニングの場合メッツ≒時速になることが知られています。
また、1メッツは基礎代謝を表し、一般的にVO2=3.5ml/min/kgであることが知られています。

これらの関係から、下記の式が成り立つことになります。

時速 = メッツ ＝ 運動時のVO2/基礎代謝のVO2 = 運動強度×VO2max / 3.5

この計算より、時速を求めています。

<参考>酸素摂取量からの基礎代謝の計算

運動していない状態での酸素消費量は

3.5(ml/kg/分)

程度といわれています。
ですので、体重70kgの人で、1日の消費カロリーは

酸素摂取量　＝　3.5　×　60(分)　×　24　×　70(kg)　＝　352.8(L)
消費カロリー　＝　352.8(L)　×　5(kcal/L)　＝　1764(kcal)

となります。

何となくイメージに合っているのではないでしょうか？
基礎代謝について、もっと詳しく知りたい方は↓

筋肉量から基礎代謝計算！簡易計算機～キャッチ・マカードルの計算式

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2020.06.08

EPOCとは～筋トレのカロリー消費・脂肪燃焼効果について～アフターバーン効果

有酸素運動だけでなく、
筋トレでも脂肪燃焼効果がある！！
といわれている要因として

EPOC 「Excess Post-Exercise Oxygen Consumption」  ＝　(運動後過剰酸素消費量)

によるアフターバーン効果があるといわれています。
今回はこのEPOCについて説明していきたいと思います。

EPOCとは

EPOCとは　運動後過剰酸素消費量　を表しています。
この現象を簡単に説明すると

ここで、②の前借したエネルギーの総量をEPOCといい、
その不足したエネルギーを補うために
運動後もカロリー消費が続く③の現象がアフターバーンエフェクトになります。

激しい運動をしたときにゼーゼーと息が上がったことはありませんか？
これは、体が酸素を求めている　＝　エネルギーを前借している状態です。

では、どれくらい前借しないといけないのか？

epoc＝「エネルギーの前借り」ということが分かったところで、
では、どれくらい前借しないといけないのかを確認していこうと思います。

下記グラフは、suuntoのトレーニングマニュアルに載っていた、
運動時間、運動強度とEPOCの関係を表したものになります。

横軸に運動時間、縦軸に不足するエネルギーEPOCを示し、
運動強度10％毎に線が引っ張ってあります。

Indirect EPOC Prediction Method Based on Heart Rate Measurement

不足するエネルギーは(当たり前ですが)、

・運動強度が高いほど、前借するエネルギーが大きい
・時間が長いほど、前借するエネルギーが大きい

結果となっております。
また、

・50％VO2maxくらいでは、前借する必要がほぼないことが分かります。
・30分あたりで前借するエネルギーも落ち着く(脂肪からエネルギーをとってきている？)

ことが分かります。

90％の強度でトレーニングをすると？

上記のグラフだけでは、全然イメージがわかないと思いますので、
90％の強度のトレーニングをした場合を用いて解説していきます。

まず90％の強度ですが、
これは最大心拍数の90％の運動と、とらえていただいて構いません。

運動強度について

30歳、安静時心拍数60の人でしたら、
90％Hmax　＝　60　＋　｛(220-30) - 60｝×９０％　＝　177回/分
の心拍数の運動になります。かなり高い状態だと思います。

EPOCの推定と、総酸素消費量

そして、その心拍数で20分運動すると、
上記のグラフより、175ml/kgのEPOCが残ることになります。
EPOCは単位がml/kgであるように、1kg当たりに足りない酸素を表します。

ですので、体重70kgの人の場合、
175ml×75＝12,250ml＝12.2Lの酸素を前借したことになります。

酸素不足分⇒カロリーの計算

ではこのEPOCがどれだけのカロリーに相当するかというと、
酸素1L当たりの消費カロリーは5kcalなので、
12.2L　×　５　=　61kcal　運動後も消費されることになります。

運動での消費カロリーはVO2max=45ml/kg/minの場合、
酸素使用量 ＝ 45ml/kg/min × 90％ × 70kg × 20分 =56.7L
消費カロリー　＝　56.7L×5kcal/L　=　283kcal
となります。

よって、90％で20分の運動をすると、
運動で　283kcal
その後のアフターバーンで　61kcal　消費されることになります。

これをランニングのカロリーに例えると？

一般的にランニングのカロリー＝体重(kg)×距離(km)といわれていますので、
70kgの人の場合、

運動で　ランニング4km分
その後のアフターバーンで　ランニング0.9km分

の運動をしたことになります。
90％で20分激しい運動をしたら、その25%おつりでついてくる感じですね。

筋トレのEPOC

では、筋トレのEPOCと消費カロリーを見ていきましょう。

ダンベル運動

まず、簡単なダンベル運動などを考えると、
「息がぜーぜー」なるまで運動することはほぼ無いと思います。
＝前借するカロリーはほぼ０と言っていいでしょう。

また、運動強度は50%くらい(≒上記の前提で138回/分)で5分くらいの運動になると思います。

その場合、運動での消費カロリーは、

酸素使用量 ＝ 45ml/kg/min × 50％ × 70kg × 5分 =7.9L
消費カロリー　＝　7.9L×5kcal/L　=　39.3kcal

EPOCはグラフより 6ml/kg程度ですので、

酸素使用量 ＝ 6ml/kg × 70kg =0.4L
消費カロリー　＝　0.4L×5kcal/L　=　2kcal

となり、合計　39　＋　2　＝41kcal　の消費となります。
ほぼほぼアフターバーンの影響は受けないと考えてよさそうですね。。

バービートレーニング

では、バービートレーニングを考えてみます。
バービートレーニングをがちがちにやると、20秒持ちません。笑

これを用いてHIITトレーニング(20秒運動＋10秒休憩)×8を行うときを考えます。
今回の計算では10秒の休憩も運動時間に入れてみたいと思います。

運動強度は95％、運動時間は4分ということになります。

その場合、運動での消費カロリーは、

酸素使用量 ＝ 45ml/kg/min × 95％ × 70kg × 4分 =12L
消費カロリー　＝　12L×5kcal/L　=　60kcal

EPOCはグラフより 60ml/kg程度ですので、

酸素使用量 ＝ 60ml/kg × 70kg =4.2L
消費カロリー　＝　4.2L×5kcal/L　=　20kcal

となり、合計　60　＋　20　＝80kcal　の消費となります。
アフターバーンがかなりの効果を得ることが分かりますね。

ただ、ランニングで距離換算すると、
運動0.85km　＋　アフターバーン0.3km　≒1.15km
となり、そこまで大きな運動効果が得られるわけではないようです。

結論

理論的に、EPOCとアフターバーン、そしてそのカロリーを計算してきましたが、

確かに効果はあるが、筋トレのような「短時間の運動」では、
・元々の運動でのカロリーも少なく
・前借するエネルギーも少ない
ため、あまりダイエット効果はないと思われます。

しかし、「長時間」の高強度のランニング(90％、20分の例)では、
・運動283kcalに対して、アフターバーン61kcalの追加効果が得られることになります。
4kmランニングして、＋1kmの効果が得られることになりますので、
その効果は大きいと思います。

結論としては

ということになりました。

正直非常に残念な結果になってしまいましたが、
速めのランニングでは効果があると分かりましたので、少しは心が安らぎました。笑

見た目の変化には「筋肉・体脂肪率」が効いてきますし、
筋トレの効果は絶大ですので、ランニング＋筋トレでダイエットに励んでもらえればと思います。

アフターバーンカロリーの計算は↓

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2020.06.08

体重、VO2max、年齢、安静時の心拍数、
心拍数ごとのトレーニングの時間を入力してください。

運動での消費カロリーを計算します。
(ランニングでは〇〇km分か、参考にしめします。)

アフターバーンエフェクト(EPOC)のカロリー計算機

計算の詳細は下記の通り

EPOC(アフターバーンエフェクト)の計算

EPOC(運動後過剰酸素消費量)(ml/kg)は下記データを参照し、
簡易的に　％VO2max　＝　％心拍数　として計算しています。

強度によって大きく傾きが違い、
30分くらいで少し傾きが穏やかになってくるようです。

Indirect EPOC Prediction Method Based on Heart Rate Measurement

EPOC(アフターバーンエフェクト)→カロリーの計算

EPOCは(ml/kg)の単位となっていますので、
体重をかけて過剰酸素消費量を求めます。

過剰酸素消費量(ml)　=　EPOC(ml/kg)　×　体重(kg)

また、酸素1L当たりのエネルギー消費量は5kcalなので、

消費カロリー(kcal)　＝　過剰酸素消費量(ml)　/　1000　×　5(kcal/L)

として計算しております。

運動中のカロリー

酸素消費量からカロリーを計算しております。
運動中の酸素消費量は

酸素消費量　＝　運動強度(％)　×　VO2max(ml/kg/分)　×　運動時間(分)　×　体重(kg)

酸素摂取量から消費カロリーは上記の式を用いて計算しています。

消費カロリー(kcal)　＝　過剰酸素消費量(ml)　/　1000　×　5(kcal/L)

<参考>酸素摂取量消費量からの基礎代謝の計算

運動していない状態での酸素消費量は

3.5(ml/kg/分)

程度といわれています。
ですので、体重70kgの人で、1日の消費カロリーは

酸素摂取量　＝　3.5　×　60(分)　×　24　×　70(kg)　＝　352.8(L)
消費カロリー　＝　352.8(L)　×　5(kcal/L)　＝　1764(kcal)

となります。