More than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike Routes
Somt 05 06-2010 power
1. Vermogen
Cycling Power
• Wat is vermogen?
• Hoe wordt vermogen gemeten?
• Wat kun je er mee?
• Referentie waardes
• Praktijk
2. Wat is vermogen?
– Vermogen is een grootheid uit de natuurkunde die de
arbeid per tijdseenheid voorstelt. De SI-eenheid voor
vermogen is de Watt en men leest dan ook vaak
wattage in plaats van het officieel correcte vermogen.
– Een andere bekende, maar verouderde, eenheid voor
vermogen is de paardenkracht, die in verschillende
landen een verschillende definitie (en waarde) had. De
meest gebruikte paardenkracht is ongeveer 740 watt.
3. Cycling Power
Pcyc = Pdt + mVAcyc + WVsin(ArctanG) +
2 2
WVCrr1cos(ArctanG) + (NCrr2V) + 1/2ρCdAV(V+Vw)
Pdt : vermogen om aandrijf- N: aantal wielen
weerstand te overwinnen Crr1: coefficient dynamische
m: massa fietser + fiets rolweerstand
V: snelheid fiets Cd: luchtweerstand
Acyc: accelaratie of coefficient
decelaratie van fiets A: frontale oppervlak
W: gewicht fietser + fiets Ρ: luchtdichtheid
G: hellingspercentage Vw: windsnelheid meewind
Crr1: coefficient statische of tegenwind (+ bij
rolweerstand meewind)
4. Rendement van het lichaam
• Energieproductie
• Rendement in
gunstigste geval 25 %
• Rest van 75 % is
warmteontwikkeling
• Afvoer via:
– Straling
– Convectie
– Zweten (verdamping)
5. Wat is vermogen?
Arbeid=kracht x verplaatsing
Watts = Force x Distance
Torque Exerted on Distance Traveled
the Rear Hub by the Hub
Strain Gauges
6. Wat is vermogen?
• Het Vermogen is de hoeveelheid arbeid per
seconde
Vermogen
= Kracht x verplaatsing per seconde
= Kracht x snelheid
De eenheid van vermogen is de Watt (W)
7. • Wanneer een persoon van 70 kg een trap van
2.70 meter op loopt, levert hij een arbeid
gelijk aan: 70 x 9.81 x 2.70 = 1854 Joule.
• Doet hij dit in 5 seconden dan heeft hij een
vermogen van 1854/5 = 370 W ontwikkeld
gedurende 5 seconden.
• Op rustige training draaien wielrenners
tussen 200 en 300 W. Wanneer het er echt
op aan komt, b.v. een zware klim of tijdrit
draaien toppers tussen 400 en 450 W, met
eventueel korte pieken van 550 tot 600 W
8. Het totale vermogen (P) dat een fietser levert wordt
gebruikt om de 3 weerstanden te overwinnen
• de rolweerstand
• de luchtweerstand
• de klim- of
zwaartekracht
weerstand.
Dus totaal:
P = Prol + Plucht + Pklim
10. Rolweerstand
• Bandenspanning
• Banddikte
• Wieldiameter (Hoe groter het wiel, hoe lager de
rolweerstand)
• Bandensoort
• Wielstijfheid (Met name de verticale stijfheid is
van belang)
• Het totale gewicht op het wiel (Hoe zwaarder de
fietser, hoe meer rolweerstand)
• De ruwheid van het wegdek
11. Luchtweerstand
• Luchtdruk
• Windsnelheid
• Frontale oppervlakte
• Oppervlaktestructuur
• Vorm of stroomlijn (druppelvorm)
12. Luchtweerstand
• Aangezien het nodige vermogen gelijk is
aan kracht vermenigvuldigd met snelheid,
zal het luchtweerstandsvermogen, Plucht
evenredig zijn met de derde macht van de
snelheid!
• Om dubbel zo snel te rijden heb je dus 8
maal zoveel vermogen nodig!
13. Luchtweerstand: wind
• Indien we geen echte bergen in de buurt
hebben kunnen we toch een soort
klimtraining rijden door tegenwind te gaan
rijden.
• Welke tegenwind komt dan overeen met
een bepaalde helling?
15. Klim- of zwaartekracht weerstand
• Bij een beklimming met hellingsgraad h
ondervinden we een afremmende kracht F, die
gelijk is aan het totale gewicht vermenigvuldigd
met de hellingsgraad, dus
• F = h x Gtot
• waarin Gtot het gewicht is van de fietser + fiets,
en de hellingsgraad is
• Deze tegenwerkende kracht is altijd aanwezig, ook
als we stil staan.
16. Klim- of zwaartekracht weerstand
• Om op een helling te rijden met snelheid v
moeten we een klimvermogen ontwikkelen
van
• Pklim = h x Gtot x v
17. Klim- of zwaartekracht weerstand
• Hellingshoek: Hoe steiler de helling, des te
hoger de weerstand. Deze vorm van
weerstand, door de zwaartekracht, is met
eenvoudige natuurkundige wetten zeer
gemakkelijk te bepalen. De zwaartekracht is
de enige factor die een rol speelt bij de
hellingsweerstand.
20. Human Power Output
• Meeste volwassenen kunnen 0.1 HP (75 watt) continu
leveren, wat ongeveer overeenkomt met 19-20 km/u.
• Goed getrainde fietsers kunnen 0.25 tot 0.40 HP
continu leveren, resulterend in 32 to 38 km/u.
• Professionals kunnen bijna 0.6 HP (450 watt) leveren
gedurende periodes van een uur of meer, resulterend in
42 tot 50 km/u.
Oftewel profs leveren 6 x zoveel vermogen
maar gaan toch maar 2 x zo hard!!
21. Human Power Output
The maximum power output that can be sustained for
various time durations for champion cyclists. Average
power output over long distances is less than 400 W.
24. Waarom een vermogensmeter gebruiken?
• Vermogen is de meest objectieve maat om de
intensiteit te meten (stimulus-respons)
• RPE is te subjectief en is afhankelijk van teveel
factoren
• Snelheid verandert met terrein/ondergrond
• Hartslag respons ligt achter op de actuele
inspanning die geleverd wordt en meet de respons
van het lichaam, niet de arbeid die verricht wordt
25. Heart Rate Stimulus vs. Response
Response/Effect
Performance
Training Load
Stimulus / Cause
Power
26. Interval + endurance
Heart Rate increases
constantly and doesn‘t
decrease anymore Power
during recovery.
Power, measured in
Watts, shows Heart Rate
constantly the actual
performance and is
within the wanted area
for the intervals !
27. Interval with intensity target
Heart Rate
Regulation about HF
is not possible
¾ of time not in
predertermined sector
of 170-180 bpm
Power
28. Kritisch vermogen
• Het hoogste vermogen waarbij we de
inspanning zeer lang kunnen volhouden
noemen we: Kritisch vermogen (PKV)
Om meer vermogen te leveren dan PKV
moeten we beroep doen op anaërobe
energie. We gaan dan "in het rood".
29. Kritisch vermogen
• De meervoudige uitputting
• Hier gaat de fietser in een laboratorium op een fietsergometer rijden. In
de veronderstelling dat we reeds een idee hebben over het kritisch
vermogen (b.v. na een gewone inspanningstest) zal de ergometer
ingesteld worden op een vermogen dat zeker hoger is dan PKV. De
fietser draait dit vermogen aan de trapcadans die voor hem best
geschikt is. De tijd wordt gemeten tot wanneer hij totaal uitgeput is. Na
voldoende lange rust en totale recuperatie gebeurt dezelfde test met
een ander vermogen.
• De test wordt gedaan bij (minstens) 4 verschillende vermogens. Gezien
de renner iedere keer tot het uiterste gaat duurt de hele testcyclus één
tot twee dagen. We beschikken dan over 4 uitputtingstijden, t, die
horen bij 4 vermogens, P, die we uitzetten in grafiek
31. Kritisch vermogen
Anaerobe werk capaciteit
• De 4 blauwe meetpunten zijn verbonden door het volgend
wiskundig verband:
• P=Pkv + AEWC/t (AEWC=AnAerobe Werk Capaciteit)
• In dit voorbeeld is PKV = 300 W en AEWC = 30 kJ
Bij alle vermogens lager dan 300 W rijdt deze renner in de
aërobe zone, alle vermogens hoger dan 300 W zijn
gedeeltelijk anaëroob. Hoe dieper in het rood, hoe korter
de inspanning kan volgehouden worden. Deze renner kan
dus “onbeperkt” lang rijden met 300 W, ofwel 5 minuten
400 W, of nog 2.5 minuten 500 W etc...
Deze methode is heel betrouwbaar maar nogal omslachtig.
32. Kritisch vermogen
• Het gemiddeld vermogen over 20 minuten,
P20', is ongeveer 5 % hoger dan het
kritisch vermogen m.a.w;
• PKV = 0.95 x P20'
33. Met de eigen fiets
Het rennersprofiel
• Een renner die het privilege heeft om met een
vermogensmeter te rijden, heeft de kans om zijn eigen
prestatie op een zeer gedetailleerde manier te onderzoeken.
Daarvoor zal hij op regelmatige basis een z.g.
rennersprofiel opnemen. Daarvoor zal hij op een van zijn
normale tochten of trainingen 4 specifieke testen doen.
• All-out sprint gedurende 5 seconden.
• Maximale test gedurende 1 minuut
• Maximale test gedurende 5 minuten
• Maximale test over volle 20 minuten
35. P O W E R P R O F ILE P R O T O C O L
S ta p 1 W a rm in g -u p m in im a a l 4 5 m in u te n
S ta p 2 In c l. 3 x (h o g e fr e q .: > 1 1 0 rp m 1 m in - 1 m in ru s t)
S ta p 3 V e rv o lg e n s 3 m in u t e n r u s t ig d u u r te m p o
S ta p 4 5 m in u te n A D te m p o
S ta p 5 3-5 m in u te n ru s tig d u u rte m p o
S ta p 6 1 m in u u t v o lu it!
S ta p 7 m in im a a l 1 0 m in u t e n ru s tig d u u rte m p o
S ta p 8 5 m in u te n v o lu it
S ta p 9 10 m in u te n d u u r te m p o
S ta p 1 0 1 m in v o lu it!
S ta p 1 1 5 m in u te n ru s tig d u u rte m p o
S ta p 1 2 1 m in v o lu it!
S ta p 1 3 5 m in u te n ru s tig d u u rte m p o
S ta p 1 4 15 se co n de n s p r in t
S ta p 1 5 2 m in u te n ru s tig d u u rte m p o
S ta p 1 6 15 se co n de n s p r in t
S ta p 1 7 10 -15 m in u te n c o o l-d o w n
36. Rennersprofiel
Powerprofile
• Het rennersprofiel bestaat uit deze 4 gemeten
vermogen P5", P1', P5' en P20', gedeeld door de
massa van de renner, dus in W/kg.
• Door deze test regelmatig uit te voeren kan
iedereen voor zichzelf het rendement van zijn
trainingsarbeid opvolgen. Hij kan ook zijn sterke
en zwakke punten ontdekken en specifiek gaan
trainen.
42. The new Training Tools
NP:Normalized Power
IF:Intensity Factor
TSS:Training Stress Score
43. Normalized Power (NP)
-The base for calculating NP is the average power performed on the bike.
-The actual power is therefore constantly recorded and the power peaks
(Wattage peaks) receive an extra weight within this formula.
-This is important because Wattage peaks/power peaks (e.g. short
sprints) stress the body much more than a constant average power
-The NP is given in Watts
44. Het normvermogen: NP
• Het gemiddeld vermogen van een training zegt eigenlijk niet veel over de kwaliteit van deze training.
Onderstellen we een fietser die 30 min rijdt met vermogen 100 W, en daarna 30 min met
vermogen 200 W. Hij heeft dus 60 minuten gereden met een gemiddeld vermogen van150 W.
We zouden kunnen denken dat deze training hetzelfde effect heeft als een training waarbij hij één
uur aan 150 W rijdt. Dit is helemaal niet zo! De reden is dat rijden met 200 W van ons lichaam meer
inspanning vraagt dan het dubbele van het rijden aan 100 W.
• Maar hoe brengen we deze "fysiologische stress" in rekening? Fysiologen aanvaarden dat de
concentratie van lactaat in het bloed een goede maat is voor deze fysiologische stress. Het blijkt nu
dat de bloedlactaat concentratie ongeveer evenredig is met de vierde macht van het geleverd
vermogen. Een verdubbeling van het vermogen vraagt dus een 24 = 16-voudige verhoging van de
fysieke inspanning.
• We bereken het normvermogen PN van een training door ieder tijdsinterval ti te vermenigvuldigen
met de vierde macht van het bijhorend vermogen Ti4 , daarna de som te maken van al deze
producten, dit resultaat te delen door de totaaltijd van de training en tenslotte de vierdemachtswortel
te trekken van het resultaat. Dit lijkt nogal ingewikkeld maar het kan nu eenmaal niet anders, en
gelukkig zal ieder zichzelf respecterend programma, zoals WKO+ deze berekening voor ons
uitvoeren. Maken we even zelf deze berekening voor onze rit van 2 x 30 min aan 100 en 200 Watt;
• We zien dat deze rit hetzelfde normvermogen heeft als een rit van 1 uur aan constant vermogen van
171 Watt.
• Het normvermogen is altijd groter dan (of gelijk aan) het gewone gemiddeld vermogen.
45. Intensity Factor (IF)
Definition:
The Intensity Factor (IF) shows the relative intensity within the
training or the race in comparison to the individual’s threshold,
expressed in Watts.
0 - 0,55 Active Revovery
0,55 - 0,75 Endurance
0,75 - 0,90 Tempo (road races > 3h)
0,90 - 1.05 Lactate Threshold (e.g. intervalls)
1,05 - 1,20 Vo2Max (e.g. short time time ~ 9 miles)
1,20 - …… Anaerobic Capacity (e.g.Prolog)
46. De trainingsintensiteit: IF
• De intensiteit van een training is eenvoudigweg de verhouding van het
geleverd normvermogen tot het kritisch vermogen
• Intensiteit = IF = PN/PKV
• Aangezien PKV per definitie het maximaal vermogen is dan we lang
kunnen volhouden, kan de intensiteit voor een lange rit, bv. een lange
tijdrit of een serieus lange klim, niet groter zijn dan 1
• Voor een korte inspanning (sprint, proloog, achtervolging...) kan de
intensiteit wel groter zijn dan 1 omdat we dan gedeeltelijk anaëroob
kunnen rijden. Algemeen wordt aangenomen dat voor een tijdrit van
20 minuten de intensiteit ongeveer 5 % hoger kan zijn dan 1. Dit
kunnen we onder andere gebruiken om te testen hoe groot ons kritisch
vermogen is; 95% van het normvermogen van een all-out tijdrit van 20
minuten is een zeer goede schatting voor PKV
47. Training Stress Score (TSS)
- The TSS shows the total value of the training stress within a workout or race
- Growing number which shows the intensity and duration of the performance
- Always greater than one and would equal 100 after exactly one hour of effort
at threshold
< 150 low training stress ( recovery days: 1)
150 - 300 medium training stress (recovery days: 1-2)
300 – 450 high training stress (recovery days: 2-4)
> 450 very high training stress (recovery days: > 4)
48. De trainingsbelasting: TSS
• De globale waarde van een training wordt weergegeven door de
trainingsbelasting (TSS = Training Stress Score).
• Deze score is zo gedefinieerd dat het getal 100 wordt toegekend aan een
training waarbij men 1 uur zou rijden aan het kritisch vermogen.
• Een TSS = 100 komt zo overeen met een tijdrit van 1 uur. We kunnen dezelfde
score bereiken door rustiger (op lagere intensiteit) te rijden gedurende meer
tijd.
• De trainingsbelasting - TSS wordt berekend als volgt:
2
TSS = 100 x T x (IF)
waarin T de totaaltijd in uren is en IF de intensiteit van de training
• Een training van 4 uur bij een intensiteit van 0.5 heeft dezelfde TSS als een
training van 1 uur aan intensiteit 1. Het positieve trainingseffect en de
vermoeidheid zal voor beide trainingen dezelfde zijn.
49. Training Stress Balance: TSB
Iedere training of wedstrijd heeft een dubbele invloed op het lichaam
• Een positieve nawerking; de eigenlijke aanpassing van het lichaam aan de
trainingsprikkel. Dit effect neemt langzaam af, zodat je na 1 maand nog
ongeveer 50 % van dit positieve effect over hebt. Je totale trainingsniveau is
dus een soort gewogen gemiddelde van alle trainingswerk van de afgelopen
maanden, waar natuurlijk de recentere trainingen zwaarder doorwegen.
Dit trainingsniveau wordt het CTL genoemd – Chronic Training Load – of
Chronische trainingslast
• Een negatieve nawerking m.a.w. de vermoeidheid. De vermoeidheid neemt
gelukkig sneller af zodat je bv. na 5 dagen herstelt van zelfs een zeer zware
inspanning (De halveringstijd van vermoeidheid is 5 dagen).
Het niveau van vermoeidheid wordt weergegeven door het ATL – Acute
Training Load
50. Training Stress Balance: TSB
• Vorm = Training + frisheid
• Vorm komt ongeveer overeen met:
CTL – ATL
of nog eenvoudiger
TSB = CTL – ATL
51. Training Stress Balance: TSB
• TSB is Training Stress Balance of de balans tussen training
en vermoeidheid.
• Heel veel trainen zonder voldoende rusten leidt tot zeer
negatieve waarden van TSB, overtraining en slechte
prestaties. Indien we het enkele dagen rustig aan doen (het
taperen) blijft de CTL nagenoeg constant, maar de
vermoeidheid of ATS verdwijnt snel zodat de balans TSB
snel omhoog gaat en positief wordt.
• Algemeen wordt aangenomen dat een renner zijn beste
prestatie levert wanneer zijn TSB enkele dagen positief is
geworden. TSB positief betekent dus in de praktijk goede
benen en een mogelijk goede prestatie. Wanneer de TSB te
lang en te diep negatief blijft treed overtraining en slechte
prestaties op.
53. Voorbeeld Training Stress Balance
• De CTS staat hier in het blauw en af te lezen op de rechtse schaal in
TSS/d (Training stress per dag). In oranje de TSB – Trainingsbalans
en in zwart het vermogen gedurende 20 minuten, P20
• Het register begint op 16/06/2008 met een trainingsniveau CTL op 80
TSS/dag. We zien een lichte opbouw te beginnen op 7/8/2008 tot
ongeveer 2/9/2008 waardoor de CTL stijgt tot 85.5 TSS/d.
• Gelijktijdig daalt de trainingsbalans TSB tot -36. Dan wordt het tijd
voor een weekje rust.
• Na deze week is CTL teruggevallen tot 72 TSS/d en de balans TSB is
omhooggeschoten tot de zeer positieve waarde +33. Het gemiddelde
vermogen op 20 minuten is dan 228 Watt, veel hoger dan de
gemiddelde waarden van de voorbije maanden!
