Aika-ajon teoriaa: vastatuuli

Ikuinen pohdinnan aihe aika-ajossa on tehojen käyttö myötä- ja vastatuuleen. Tähän onneksi löytyy matemaattista arviointia, jonka perustella voi itse suunnitella ajankäytön optimointia. Koskee toki mitä tahansa pyöräilyä, mutta nämä laskelmat tehty aika-ajo mielessä. Normaalilenkit ja triathlonin suoritukset ovat niin paljon pidempiä, että paljon yli kynnyksen (tai muun valitun nopeuden) ajaminen ei kovin järkevää.

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1309/1309.1741.pdf

Tossa koko artikkeli ja tässä siitä lyhennys:


https://www.technologyreview.com/2013/09/23/83039/cyclists-time-trial-dilemma-solved/

Normaalisti aika-ajon nopeuden selvittämiseksi pitäisi selvittää aerodynaaminen ominaisuus eli CdA ja tehontuotto-ominaisuudet eli lähinnä FTP ja W'. https://hiilarifillari.blogspot.com/2020/07/anaerobinen-kapasiteetti.html  Tässä tutkimuksessa tosin nämä oli unohdettu ja otettu oletukseksi sama energiamäärä, jonka voi itse päättää.

Laskujen ja kaavioiden yksinkertaistamiseksi rata on suora, tasainen ja edestakainen. Tuulesta laskettu vain myötä/vastaosuuden komponentti, eli yaw angle ei ole mukana pelissä.

Tutkimuksessa vertailtiin kolmea eri vaihtoehtoa

1. Tasavauhti myötä- ja vastatuulessa
2. Tasateho myötä- ja vastatuulessa
3. Matemaattisesti optimoitu teho

Rata oli yhteensä 39km, kuskin nopeus tyynessä olisi 40km/h ja tuulen nopeus 14km/h  = 4m/s

Matemaattisesti nopein vaihtoehto tuottaisi nopeuden 38,6km/h. Vaihtoehdolla 2, eli tasateholla, keskinopeus olisi 38,0km/h. Aikaa kului minuutin enemmän ja tasavauhdilla vielä muutama sekunti lisää. Eli kaksi vakiovaihtoehtoa ovat melko tasaväkiset, mutta matemaattisesti laskettu malli selvästi nopeampi. Ero kasvaa tuulen nopeuden lisääntyessä ja kun tuulen nopeus on puolet tavoitenopeudesta, niin optimoitu teho on jonnoin 4% nopeampi, siis 2,4 minuuttia tunnissa.

𝛼 = tuulen nopeus / perusvauhti tyynessä
X = nopeus myötätuuleen / perusvauhti
y = nopeus vastatuuleen / perusvauhti
Py = teho vastatuuleen / perusteho
Px = teho myötätuuleen / perusteho
f= keskinopeus tuulessa  / perusnopeus



Samat käppyrät löytyy myös vaihtoehdoista 1 ja 2. Niissä samat muuttujat, mutta yksinkertaisempina kun laskut vain nopeuden tai tehon suhteen.


Näissä ei tosiaan ole huomioitu täysin fysiologiaa. Esimerkiksi tasanopeudella vastatuulessa pitäisi ajaa 160% tavoitetehosta. Samoin tässä optimoidussakin versiossa pitäisi ajaa 120% teholla yli puolet ajasta. Itsellä ainakin tämä menee jo vo2max puolelle, enkä sitä pysty puolta tuntia ajamaan. Mutta idea on hyvin selvä, eli vastatuuleen pitäisi ajaa selvästi kovempaa.

Monesti aina kysytään että miksi ei tasateholla, kun kuitenkin nopeus tuuleen on aika sama, jos aerodynamiikka on sama. Vastatuuleen ajetaan hiljempaa ja se osio kestää pidempään ja myötätuuleen ajetaan kovemman vauhdin vuoksi vähemmän aikaa. Tämä lisää kokonaiskestoa ja vähentää keskitehoa.

Toinen vastaava tutkimus ihmisillä

Tässä oli 8,05km edestakas matka, joka simuloitiin trainerilla. Reitti oli tasainen ja ongelmana oli 8,05km/h (2,2m/s) myötä/vastatuuli. Vaihtoehtoina oli omavauhti, tasateho ja optimaalinen teho. Omalla valitulla vauhdilla, reitti kesti 1671s +-131s (28min) ja tasateholla 10s vähemmän ja optimoidulla teholla 12s vähemmän. Optimoitu teho oli -5% myötätuuleen ja +5% vastatuuleen. RPE ja laktaatti olivat parhaat optimoidussa ryhmässä. Syke pysyi samoissa. Ero ei niin valtava, mutta merkittävä (tilastollisestikin).

       Tämä tehonvaihtelu kuulostaa järkevälle fysiologisessa mielessä

Yhteenveto

Yhteenvetona ekassa oli että tuulen voimakkuudesta riippuen jo melko ajoissa eli 𝛼 = 0,3 (eli ~4ms / 40kmh) pitäisi käyttää 120% tehoja ja 𝛼 = 0,1 (eli ~1ms / 40kmh) tuulessa 110% tehoja. Nämä on melko kovat lukemat... Toisaalta yksinkertaistetusti suositeltiin vähentämään omasta perusvauhdista puolet vastatuulen nopeudesta ja lisäämällä neljännes myötätuulen nopeudesta. Suomessa ilmoitetaan tuuli aina m/s, niin se on 3,6km/h.

Tokassa artikkelissa taas helpompi +/- 5% vaihtelu, joka tehomittaria käyttäessä on selkeämpää. Ja 5% on vielä kohtuullinen lukema. Toki ajansäästö on pienempi, mutta eipähän mossahda matkalle.

Tuulen vaikutus STRAVA KOM metsästyksessä on helpompaa kun ne ajetaan vain myötätuuleen 😅. Henkilökohtainen kokemus on, että 1m/s tuulta vaikuttaa lähes 1 km/h nopeuteen, niin vastaan kuin myötäiseen.