Фізика #енергії: Як переможці Тур де Франс витрачають енергію
Почніть крутити педалі на початку 17 етапу. Попереду близько 1300 футів підйому та приблизно 70 миль шляху. Підйом пологий. Потім починається справжнє випробування. Вирушайте до Піренеї (Hautes-Pyrénées).
На наступних 40 милях потрібно подолати три гірські перевали. Загальний набір висоти 1 милю. Я не зміг би пройти цей етап навіть у свій найкращий день. Справді, він не зміг відповідати рівню переможця приблизно на 5 годин. 17-й етап – всього один із 21 етапу, що проходять протягом 23 днів.
Я вивчав спортивну фізику. Вже майже 20 років я моделюю Тур де Франс, використовуючи дані про рельєф та закони фізики. І все-таки мені важко усвідомити людські можливості, необхідні для завершення найзнаменитіших велосипедних перегонів у світі. Лише крихітна еліта здатна проходити ці етапи за години, а чи не за дні.
Все зводиться до одного показника: вихідна потужність.
Як велосипедисти генерують вати
Потужність – це швидкість споживання енергії. Ця енергія надходить із їжі. Велосипедисти, які цього разу виграли гонку, спалили енергію, еквівалентну приблизно 210 бургерам Big Mac.
Щоб рухати велосипед, велосипедисти передають енергію від м’язів через раму до коліс. Чим швидше відбувається цей процес, тим вища потужність. Вона вимірюється у ватах.
Давайте подивимося на різницю між професіоналами та аматорами. Здоровий любитель-велосипедист може підтримувати потужність 250-300 Вт приблизно протягом 20 хвилин. Учасники Тур де Франс здатні підтримувати потужність понад 400 Вт протягом того ж часу. На крутих підйомах вони видають ривки потужністю до 1000 Вт. Цієї потужності достатньо для роботи мікрохвильової печі.
Але вся ця енергія не йде просування велосипеда вперед.
Опір повітря та сила тяжіння
Велосипедисти борються із опором повітря. Вони долають тертя між шинами та дорожнім покриттям. На спусках їм допомагає гравітація, але підйомах доводиться боротися з нею.
Моя модель враховує всі ці сили. Коли я розраховую середню потужність, необхідну для перемоги, виходить приголомшлива цифра. Типовому переможцю необхідно підтримувати потужність близько 325 Вт протягом усієї 80-годинної гонки.
Більшість любителів задовольняються 300 Ват протягом 20 хвилин. Фахівці роблять це протягом днів. Як вони підтримують таку потужність? Все починається з двигуна.
Фізика етапів Тур де Франс
Математика нещадна. М’язи – не ідеальні двигуни. Вони втрачають енергію як тепла. Ефективність сильно варіюється залежно від завдання. При плаванні ККД становить лише 2%. Серце працює як безперервний насос, досягаючи майже 40% ефективності. У велоспорті добрим орієнтиром вважається середній ККД близько 20%.
Це число змінює все.
Щоб зрозуміти, хто виграє Тур де Франс, потрібно глянути на дефіцит калорій. За тритижневі перегони гонщики спалюють в середньому близько 120 000 калорій. За один етап – приблизно 6000 калорій. На виснажливому гірському етапі, такому як 17 етап цього року, витрата може досягати майже 8000 калорій.
Звідки береться це паливо?
Не можна перемогти на порожньому місці. Гонщики продовжують їсти. Булочки з джемом. Енергетичні батончики. “Джели” – вуглеводні пакети у вигляді желе, які легко ковтати, не витрачаючи дорогоцінну енергію на жування. Жування потребує зусиль. Робота коштує калорій. У грі, де важлива кожна джоуль, ефективність поширюється і сам процес прийому їжі.
Подивіться на фізичний профіль переможців. Торішній переможець Таджей Погачар важив лише 146 фунтів (66 кілограмів). В нього дуже мало жиру в організмі. На крутих підйомах немає потужних внутрішніх резервів, до яких можна звернутися. Він діє межі. Його організму потрібно негайне надходження енергії підтримки віддачі.
Саме тому ви бачите, як вони набивають собі рота їжею. Це не відсутність дисципліни. Це фізика. Вони поповнюють бак, у якому є дірки.
Наступного разу, коли дивитися етап, порахуйте зупинки. Порахуйте обгортки. Закуски – це не звичка. Це механізм, який тримає їх на ногах.
«Нам постійно потрібна харчова енергія, що надходить наш організм, щоб вона могла вивільнятися з надлюдською швидкістю».
Джон Ерік Гофф – професор фізики в Університеті Лінчберга, який вивчає механіку спорту.
