TheClimbingCyclist



 자전거 라이딩하며 라이더가 마주하는 사이클링 최대의 적은 바로 공기저항, 노면 마찰 그리고 중력이다. 이들은 경사도에 따른 파워 출력을 산출하기 위해서 반드시 필요한 요소들이다.



P = krMs + kaAsv2d+ giMs


  • P = 파워 출력 (단위: watts)

  • kr= 구름 저항 계수

  • M = 총 무게 (단위: kg)

  • s = 주행 속도

  • ka= 공기 저항 계수

  • A = 자전거 및 라이더 전면 면적

  • v =  바람의 영향을 받은 속도

  • d = 공기 밀도

  • g = 중력 상수

  • i = 경사도


 위 파워 출력 요구량 공식을 쉽게 풀이해보면, 구름 저항을 압도할 파워 + 공기 저항을 압도할 파워 + 경사도를 압도할 파워의 총량이라고 보면 된다.



 예를 들어, 내가 5% 경사도의 업힐을 10km/h의 속도로 오르고 싶다고 가정할 때,

  • kr= 0.005 (일반적인 로드 클린처 타이어 사용시)
  • M = 90kg (라이더 체중 80kg + 자전거 무게 10kg)
  • s = 2.78m/s (속도 10km/h)
  • ka = 0.5 (바람이 불지 않을 때)
  • A = 0.6m²
  • v = 2.78m/s (바람 영향이 없으므로)
  • d = 1.226kg/m³ (해수면 기준으로)
  • g = 9.8m/sec²
  • i = 0.05

이 수치들을 파워 출력 공식에 대입하면,

P = (0.005 x 90 x 2.78) + (0.5 x 0.6 x 2.78 x 2.78² x 1.226) + (9.8 x 0.05 x 90 x 2.78)


P = 1 + 8 + 123


P = 132W


 이로써, 자전거 업힐에서 절대적으로 영향을 미치는 것은 구름저항(1W)이나 공기저항(8W)이 아닌 중력(123W)이라는 것을 알 수 있다. 그래서 업힐 실력은 FTP가 아닌 체중대비파워를 기준으로 하는 것이다. 프로 선수들이 체중을 60kg 대로 유지하는 이유이기도 하다. 


 

출처 : Google



 그리고 우리는 구동계 효율에 대해서도 생각해야 한다. 페달을 밟는 힘이 뒷휠에 전달되기 까지, 구동계의 파워 전달 효율은 잘 관리된 자전거의 경우 95% 정도라고 볼 수 있다. 따라서 위에서 구한 파워 요구량에 구동계 효율을 적용하면 :


 132W ÷ 95 × 100 = 139W



 이로써, 90kg(라이더 체중 + 자전거 무게)인 내가 잘 포장된 5% 경사의 업힐을 바람없는 날 10km/h의 속도로 오르기 위해선 139W를 출력해야 한다.





 만약, 20km/h (5.55m/s) 속도로 5% 경사의 업힐을 오른다면,


P = (0.005 x 90 x 5.55) + (0.5 x 0.6 x 5.55 x 5.55² x 1.226) + (9.8 x 0.05 x 90 x 5.55)


P = 2 + 63 + 245


P = 310W


P ÷ 95% = 326W


  20km/h 속도로 5% 경사를 오르기 위해선 325W를 출력해야 한다. 속도가 올라가면서 구름저항은 거의 변화가 없는 반면, 공기저항은 63W로 10km/h 때보다 몇 배나 증가한 것을 볼 수 있다.





 총 중량 90kg(라이더+자전거)로 속도 20km/h 유지시, 경사도에 따른 파워출력을 그래프로 나타내면 아래와 같다.


 다이어트 해서 체중을 5kg 줄인다면,

 체중감량에 따른 파워출력 변화가 그래프 상으로는 큰 변화가 없어 보이지만, 실제로는 아주 큰 영향을 미친다.



 예를 들어, 파워 출력 FTP 326W로 동일한 라이더 A, B가 있다고 가정하자. 

라이더 A : 체중 80kg, 자전거 무게 10kg 

라이더 B : 체중 75kg, 자전거 무게 10kg

업힐 프로파일 : 6.8km @ 4%

 

그 결과는,

라이더 A : 18분 18초

라이더 B : 17분 48초

 동일한 파워를 출력했음에도, 라이더 B가 라이더 A에 비해 30초나 앞서는 것을 알 수 있다. 물론, 피로도 역시 다를 것이다. 




 따라서, 자전거 업힐 실력을 향상시키는 방법은,

1. 체중 감량

2. 파워 출력 증가

3. 둘 다

  

 체중대비파워에서 파워출력 향상 보다는 체중감량이 더 크게 작용한다. 평균 또는 과체중의 라이더는 일반적으로 파워 향상 보다 체중감량이 더 쉽고 효과적일 것이다. 


출처 : Google


 여기서, 남성들은 업힐을 위해 건장한 체격을 포기할 수 있느냐 하는 딜레마에 놓일 것이다.






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