Les facteurs influençant la densité de l'air sont: l'altitude, la température de l'air, l'humidité de l'air et la pression barométrique. Calculatrice: http://barani.biz/apps/air-density/
Comment la conduite à différentes densités d'air affecte-t-elle la puissance et la vitesse?
Réponses:
Revenons à cette question car il y a quelques considérations.
L'OP ne mentionnait que la pression atmosphérique (barométrique) et pas nécessairement l'altitude. Je vais commencer par la pression barométrique uniquement et revenir à l'impact de l'altitude.
Les variations de pression barométrique typiques à la même altitude, et donc l'impact sur la pression partielle d'oxygène (O2), ne sont pas assez importantes pour être perceptibles à la capacité de produire de l'énergie, mais elles sont suffisantes pour influer sur la vitesse que l'on peut atteindre pour un puissance de sortie donnée. Ce n'est peut-être pas tout à fait visible dans la conduite générale en ville, mais les coureurs de contre-la-montre pourront atteindre des temps plus rapides ou plus lents en fonction de la pression barométrique.
Une variation de 10% de la pression atmosphérique à la même altitude ne se produira pas. par exemple, la différence entre un jour très basse pression (par exemple un cyclone de catégorie 2 à 3 avec une zone de basse pression centrale à 970 hPa) et une très haute pression (par exemple un jour fin à 1030 hPa) n'est que de 6%.
Comme il est peu probable que vous rouliez dans un ouragan ou un cyclone, les fluctuations de la pression barométrique pour les conditions dans lesquelles vous allez réellement rouler ne sont généralement que de quelques pour cent. Même ainsi, pour un coureur de contre-la-montre, sur un parcours de 40 km, la différence de densité de l'air entre les jours de basse et de haute pression peut entraîner une différence de temps de 30 secondes sur le parcours, toutes choses étant égales par ailleurs.
La densité de l' air peut varier de plus que cela en raison des seuls changements de pression barométrique. La densité de l'air est principalement fonction de la pression barométrique, de la température de l'air et de l'altitude.
La densité de l'air augmente avec l'augmentation de la pression barométrique et diminue avec l'augmentation de la température et de l'altitude. L'humidité a un impact très faible (négligeable) sur la densité de l'air, mais dans un souci d'exhaustivité, l'augmentation de l'humidité réduit un peu la densité de l'air.
Impact de l'altitude sur les performances
Si nous considérons l'impact de l'altitude sur les performances à vélo, comme d'autres l'ont dit, il y a deux facteurs principaux:
je. l'impact physiologique sur votre capacité à générer de l'énergie durable à mesure que la pression partielle d'O2 diminue avec l'augmentation de l'altitude, et
ii. l'impact physique à mesure que la densité de l'air diminue, ce qui signifie que l'on peut atteindre une vitesse plus élevée pour la même puissance (ceteris paribus).
L'impact physiologique
Alors que nous montons à des altitudes plus élevées et que la densité de l'air diminue, l'air "plus mince" signifie une réduction de la pression partielle d'oxygène, ce qui a un impact négatif sur la puissance que nous pouvons maintenir via le métabolisme aérobie. Cette perte de puissance peut atteindre 20% ou plus selon la hauteur que nous parcourons et notre réponse individuelle à l'altitude.
Il y a eu quelques articles publiés examinant l'impact de l'altitude sur la performance athlétique aérobie et à partir de ces formules pour estimer la perte de puissance en fonction de l'altitude ont été développés. Il y en avait un du document de 1989 de Peronnet et al, deux du document de 1999 de Bassett et al, un pour les athlètes acclimatés et non acclimatés. En plus de cela, j'ai généré une quatrième formule, basée sur l'étude de 2007 de Clark et al. Les articles pertinents sont:
Peronnet et al ont utilisé des données empiriques tirées d'enregistrements réels d'heures de cyclisme dans le monde pour estimer l'impact de l'altitude sur la puissance d'un cycliste d'élite. Les hypothèses utilisées pour estimer la perte de puissance induite par l'altitude peuvent comporter des erreurs; en particulier en raison des méthodes utilisées pour estimer la puissance de chaque cycliste car ni la puissance ni le coefficient de traînée aérodynamique n'ont été réellement mesurés.
Selon l'ancien article du Forum sur la puissance en watts du Dr David Bassett, Jr, les deux formules de Bassett et al ont été dérivées d'articles précédents examinant l'impact de l'altitude sur les performances aérobies de quatre groupes de coureurs hautement qualifiés ou d'élite. Ainsi, bien que ces formules ne soient pas dérivées des cyclistes, nous pouvons toujours généraliser de celles-ci à la perte de capacité aérobie pour les cyclistes.
Enfin, l'étude de Clark et al a mesuré l'impact sur l'utilisation maximale de l'oxygène (VO2), l'efficacité brute et la puissance de sortie de vélo sur dix cyclistes et triathlètes bien entraînés mais non en altitude en testant des cyclistes à des altitudes simulées de 200, 1200, 2200 et 3200 mètres. Ils ont examiné un certain nombre de facteurs, dont la puissance maximale de 5 minutes, la VO2 et l'efficacité brute par rapport à la performance à 200 mètres, ainsi que la VO2 sous-maximale et l'efficacité brute.
J'ai utilisé ces données pour générer une formule similaire à celles de Peronnet et al et Bassett et al (qui constituent les chiffres du tableau figurant dans l'une des autres réponses). Bien sûr, on suppose une réduction équivalente de la puissance d'une heure comme pour une puissance de 5 minutes. Clark et al ont noté des réductions légèrement plus importantes du pic de VO2 que pour une puissance maximale de 5 minutes, et aucun changement dans l'efficacité brute à une puissance maximale de 5 minutes avec l'altitude. Il y a donc une contribution métabolique anaérobie qui fait vraisemblablement la différence. Une perte d'efficacité sous-maximale a été notée à une simulation de 3200 mètres.
J'ai choisi dans ce cas d'utiliser la réduction de la puissance de 5 minutes plutôt que de diminuer le pic de VO2 comme données de base pour la formule, et j'ai appliqué un ajustement pour compenser la formule d'équivalence au niveau de la mer afin de l'aligner sur la formule en Peronnet et al et Bassett et al. Bien sûr, lorsque vous regardez les données rapportées, il y a bien sûr des variations importantes au sein du groupe de test à chaque altitude simulée, donc la formule est basée sur des moyennes de groupe pour chaque altitude simulée.
Voici les formules:
x = kilomètres au-dessus du niveau de la mer:
Peronnet et al:
Proportion de la puissance au niveau de la mer = -0,003x ^ 3 + 0,0081x ^ 2 - 0,0381x + 1
Bassett et al Athlètes acclimatés à l'altitude (plusieurs semaines en altitude): Proportion de la puissance au niveau de la mer = -0,0112 x ^ 2 - 0,0190x + 1 R ^ 2 = 0,973
Bassett et al Athlètes non acclimatés à l'altitude (1-7 jours en altitude): Proportion de la puissance au niveau de la mer = 0,00178x ^ 3 - 0,0143x ^ 2 - 0,0407x + 1 R ^ 2 = 0,974
Formule de Simmons basée sur Clark et al: Proportion de la puissance au niveau de la mer = -0,0092x ^ 2 - 0,0323x + 1 R ^ 2 = 0,993
et sous forme de graphique, ils se présentent comme suit:
Maintenant, gardez à l'esprit que ce sont des moyennes pour les échantillons utilisés dans chaque étude et qu'il existe une variation individuelle, de sorte que l'impact pour tout individu sera dans cette plage, mais pourrait être plus ou moins.
L'impact physique
Maintenant, bien sûr, du point de vue des performances, vous perdez de la puissance à mesure que l'altitude augmente, mais il y a un gain de performances car la densité de l'air plus faible signifie que vous pouvez voyager à une vitesse plus élevée pour la même puissance (et l'aérodynamique).
La physique est assez simple et contrairement à l'impact physiologique, elle s'applique également à tout le monde. À titre d'exemple, j'ai examiné l'influence de l'altitude sur la physique du record du monde d'heures de cyclisme et montré comment la réduction de la densité de l'air à mesure que l'altitude augmente signifie que l'on peut voyager plus rapidement pour la même puissance, ou autrement dit, la demande de puissance diminue à une vitesse donnée à mesure que l'altitude augmente.
Cela a abouti à ce graphique, qui montre la relation entre la puissance et le rapport de traînée aérodynamique (W / m ^ 2) et l'altitude pour des vitesses allant de 47 km / h au record de Chris Boardman de 56,375 km / h.
Essentiellement, à mesure que l'altitude augmente, le rapport puissance / traînée aérodynamique diminue pour la même vitesse.
L'impact net des impacts physiologiques et physiques
Eh bien, lorsque nous combinons les deux, voici le résultat:
Cela devrait être assez simple à interpréter, mais je vais quand même fournir quelques explications.
L'axe horizontal représente l'altitude et les lignes verticales sombres représentent l'altitude de diverses pistes à travers le monde.
L'axe vertical est la proportion de la vitesse au niveau de la mer atteignable.
Les lignes colorées incurvées représentent l'impact combiné d'une réduction de la puissance en utilisant chacune des formules mises en évidence ci-dessus, combinée à la réduction de la densité de l'air permettant des vitesses plus élevées pour la même puissance.
Ainsi, par exemple, si nous regardons la ligne verte (Basset et al acclimatés), cela montre que, comme un cycliste augmente l'altitude, il est capable de maintenir une vitesse plus élevée jusqu'à environ 2900 mètres, et toute nouvelle augmentation de l'altitude montre une baisse dans la vitesse atteignable, car les pertes de puissance commencent à l'emporter sur la réduction de la densité de l'air.
La piste d'Aigle Switerland représente un gain de vitesse d'environ 1% par rapport à Londres, tandis que rouler à Aguascalientes permettrait un gain de vitesse compris entre 2,5% et 4%. Dirigez-vous vers Mexico et vous pourriez gagner un peu plus, mais comme le montre le graphique, les courbes commencent à s'aplatir, de sorte que l'équilibre risque / récompense penche davantage vers l'extrémité la plus risquée du spectre.
L'altitude représente donc un cas de bons gains mais de rendements décroissants à mesure que l'air se raréfie. Une fois que vous vous dirigez au-dessus de 2000 mètres, les gains de vitesse commencent à diminuer, et finalement ils commencent à diminuer, ce qui signifie qu'il y a une altitude "idéale".
Mises en garde, et il y en a quelques-unes mais les plus importantes sont:
l'altitude du point chaud de tout individu dépendra de sa réponse individuelle à l'altitude
les lignes tracées représentent des moyennes pour les groupes sportifs étudiés;
la formule utilisée a un domaine de validité limité, tandis que les lignes tracées s'étendent au-delà;
ce ne sont pas les seuls facteurs de performance à considérer, mais ce sont deux des plus importants.
Je soupçonne que la baisse des performances avec l'altitude pourrait se produire un peu plus fortement pour beaucoup que ce qui est suggéré ici. Néanmoins, les mêmes principes s'appliquent même si votre réponse personnelle à l'altitude se situe dans la partie inférieure de la plage, et il est difficile d'imaginer pourquoi quelqu'un suggère que se diriger vers au moins une piste d'altitude modérée est une mauvaise idée du point de vue des performances.
Si vous souhaitez en lire plus, je couvre ces questions dans trois articles de blog ici:
http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/09/wm2-altitude-and-hour-record.html
http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/12/wm2-altitude-and-hour-record-part-ii.html
http://alex-cycle.blogspot.com.au/2015/06/wm2-altitude-and-hour-record-part-iii.html
Le tableau suivant se trouve dans un article intéressant sur le blog Training Peaks . À partir de cela, vous devriez pouvoir ajuster votre niveau de puissance de temps en temps.
La puissance diminue à mesure que l'altitude augmente. Mais le décalage est que la densité de l'air diminue en parallèle (jusqu'à un certain point). Et c'est la raison pour laquelle de nombreux enregistrements d'heures ont été tentés en altitude. L'optimum est apparemment de 3500m. Ainsi, l'augmentation de la vitesse l'emporte sur la perte de puissance. D'où la popularité des vélodromes de La Paz (Bolivie) à 3400 m et du vélodrome de Mexico à 2230 m.
W / r à la notion de pression des pneus et de résistance au roulement - il y avait un article récent qui a démystifié le mythe des pressions élevées des pneus - indiquant la perte d'énergie créée par les vibrations de la pression élevée des pneus signifiait que la baisse de la pression des pneus était en fait plus rapide que "normale" "revêtements de routes.