Bonjour à tous,
Est-il possible de calculer approximativement la force à appliquer (en kg?) sur une pédale d'un vélo en mouvement sur une pente afin de pouvoir comparer cette force à celle fournie sur un vélo d'appartement?
Données connues:
la distance parcourue sur un tour de manivelle
la longueur de manivelle
le poids du cycliste + vélo
la pente en %
Un grand merci d'avance pour votre aide.
Salut
Une force s' exprime en newton surtout pas en kg .
Une force en kg sur Futura , ça fait voler les tomates
Oui , il est possible de calculer la force moyenne (pas la force instantanée) à partir de la formule : travail fournit = travail restitué .
A condition de négliger les pertes . Surtout les pertes aérodynamiques , difficiles à quantifier (mais pas impossible)
Bonjour,Envoyé par Michel1717
Assez simple comme problème sauf pour la forece appliquée, car elle n'est pas perpendiculaire au bras de manivelle. Aussi je vais considérer une force de direction constante, ce qui, pour une force F et une manivelle R, me donne un travail par tour = 4 F*R
à comparer au travail de montée sur un tour de manivelle :
distance par tour L
masse totale m kg
pente p
soit 4 F*R = m*g*L*p
les longueurs L et R sont en mètres.
Comprendre c'est être capable de faire.
Bonjour et bienvenu au forum.
Comme vous devez le savoir, dans un vrai vélo, la force varie suivant que la pédale soit plus ou moins éloignée de l’horizontale.
Si on suppose que les frottements sont négligeables (vélo à faible vitesse constante) on peut supposer que tout le travail fait se transforme en augmentation de l’énergie potentielle gravitationnelle.
Cette augmentation est égale à ΔE = M.g.Δh
où M est la masse du vélo plus le cycliste, g l’accélération de gravité (9,81) de Δh la variation d’altitude (mettons pendant un tour de pédale).
Cette énergie a été fournie par la force exercée par les pieds sur les pédales. Si on imagine que cette force F est constante dans pendant toute la descente d’une pédale, le travail exercé sera F.D à chaque demi-tour de pédale (où D est le diamètre du cercle décrit par la pédale). Pour un tour complet, le travail sera 2.F.D
Donc vous avez :
2.F.D = M.g.Δh
Je vous rappelle qu’on ne tient pas compte des frottements aérodynamiques.
Et je vous conseille d’aller faire un tour sur Wikipedia, à propos de masse, force et poids.
Au revoir.
Que le couple varie ça me parait évident...Mais perso, s'il n'y a pas de cale pied (je ne suis pas sûr du terme), la force exercée sur la pédale ne peut être supérieure au poids du bonhomme qui est sur le vélo.
Quoique j'en oublie l'effort exercé par les bras sur le guidon...Cette force doit donc être légèrement supérieure au poids du bonhomme.
Le plus simple pour nous aiguiller serait de savoir comment se règle le vélo d'appartement (réglage de la puissance, du couple,...).
Sinon comment as-tu prévu de mesurer la force de pédalage sur le vélo d'appart'?
Merci pour vos interventions, et en effet, comme l'écrit le_STI, il serait peut-être souhaitable que j'explique ma vision du problème et pourquoi j'ai utilisé "kg" alors que je parle de force.
Comment comparer les 2 systèmes? La résistance au pédalage du vélo statique se règle par une molette et la seule indication à l'écran est une valeur affichée de 1 à 10.
Imaginons que je veuille comparer la force à appliquer aux pédales à la valeur 2 par rapport à la force à appliquer sur un vrai vélo sur une pente à déterminer.
Je pensais pouvoir déterminer le poids qu'il faudrait suspendre à l'axe du cale-pied pour initier un mouvement de la pédale en partant d'une position horizontale.
Supposons que ce poids soit évalué à 8kg, ma question est la suivante:
Si je me place sur mon vrai vélo et que je suspends le même poids de 8 kg à l'axe du cale-pied, quel sera le pourcentage de pente de la route sur laquelle ce même poids fera avancer le vélo, compte tenu du braquet utilisé (3m pour un tour complet), du poids de l'ensemble cycliste-vélo (110kg dans mon cas) et compte tenu que les pertes par frottements, rendement et résistance de l'air sont évaluées à 10%?
Obtiendrais-je une assez bonne approximation en utilisant cette approche?
Merci d'avance pour vos conseils.
oui en effet, désolé pour cette horreur...;>)Salut
Une force s' exprime en newton surtout pas en kg .
Une force en kg sur Futura , ça fait voler les tomates
merci pour la formule.
et en effet, vous avez raison, masse force et poids sont 3 choses totalement différentes.
re-bonjour,
Je dois me planter complètement! La valeur du pourcentage ne correspond pas du tout aux sensations sur le terrain.....
vélo appartement: résistance maxi sur 10, je dois suspendre une masse de 1kg au bout de la manivelle longue de 17 cm pour initier un mouvement.
vélo sur route:
masse de 110 kg
L = braquet de 3m12
p = pourcentage de la pente (l'inconnue)
2FD (ou 4FR) = mgLp
2 x 0,34 m x 9,81 N = 110 x 9,81 x 3,12 m x p/100
p = 68/343,2 = 0,198 % ...... !!!!!
Ne reflète pas du tout la réalité!
Où fais-je l'erreur?
Merci à tous pour l'aide.
Ou serait-ce tout simplement la valeur 0,198 à interpréter comme 19,8%???
Ca me parait réaliste. Gardes à l'esprit que lorsque tu te mets en danseuse l'effort sera 85 fois plus grand (si tu fais 85kg)
Ce qui m'étonne, c'est plutôt la masse de 1kg qui suffit à mettre en mouvement le pédalier du vélo d'appartement.
M'est avis que la résistance au pédalage doit être dépendante de la vitesse de rotation.
Je trouve aussi cette masse de 1 kg dérisoire par rapport à la sensation ressentie en pédalant avec le réglage sur 10. En fait, il faut pousser très fort et je ne peux tenir à ce niveau.
Par contre, je ne suis pas certain que la force à appliquer sur les pédales soit dépendante de la vitesse de rotation. Comment s'en rendre compte?
Ce n'est pas très rigoureux comme méthode, mais tu peux commencer par essayer de pédaler très lentement pour voir ce qu'il se passe.
Sinon il faudrait que tu te cales des dynamomètres (autrement appelé pèse-personne) sous les pieds
Au fait, je ne parle que de la résistance sur le vélo d'appartement.
Dernière modification par le_STI ; 19/07/2015 à 15h45.
Bonjour,
Tout bien considéré, je pense que le plus simple pour étalonner mon home-trainer serait de mesurer le couple à appliquer à l'axe du pédalier pour chaque graduation du réglage de résistance afin de comparer les valeurs de couple mesurées aux valeurs de couple calculées en situation réelle.
Pourriez-vous m'aider en vérifiant la conformité de mes calculs dans la situation suivante:
masse du cycliste + vélo = 100 kg
développement considéré en fonction du braquet choisi: 3 m
pente = 7%
longueur de manivelle d'axe à axe = 0,17 m
2 F x D = m x g x delta h
F = 100 x 9,81 x 0,21 / 0,68 = 302,95 N
Couple à appliquer au pédalier: 302,95 x 0,17 = 51,5 Nm
Soyez gentils de bien vouloir confirmer si ce calcul est bien correct.
Un grand merci pour votre aide.
-Le moment .
Il faut 2 forces minimum pour faire un couple et tu n' appuies qu' avec un seul pied .
Le calcul te donne un moment moyen sur un tour surement très loin du moment maximum .
_Le développement 3 m/tr
_0,68 je ne vois pas ce que c' est , de même que le terme D
Travail fournit = travail restitué (supposé sans perte)
Travail fournit = M.θ = moment multiplié par course angulaire
Pour un tour θ = 2.π
Travail restitué , c' est ce que tu as écrit : m.g.h (pas besoin de delta)
Dernière modification par Dynamix ; 21/07/2015 à 12h16.
D est le diamètre du cercle décrit par les pédales. La manivelle mesurant 17 cm, 2 x D = 0,68
On a d'une part le travail fourni à la pédale = F x D pour un demi-tour, donc 2 x F x D pour un tour complet (2 x 1/2 tour par pédale).
D'un autre côté, on a le travail fourni en montant la côte (sans compter les frottements et résistance de l'air bien sûr)
Donc, j'en déduis la force moyenne à appliquer. Je ne tiens pas compte des variations en fonction de l'angle de la manivelle.
Si j'ai la force appliquée et la longueur de la manivelle, j'obtiens le couple a appliquer à l'axe.... ou je me trompe???
A condition que le bras de levier soit le bras de levier moyen , qui n' est pas la longueur de la pédale .
Au point mort par exemple , le bras de levier est nul .
Il n' est égal à la longueur de la pédale que quand celle ci est à 90° de la force .
Ton calcul donne :
M = m*g*h*0,17/0,68 = m*g*h/4
Le mien donne
m*g*h/(2.π)
Pourrais-tu expliquer comment tu arrives à ton résultat?
Puisqu'il s'agit de comparer la sensation de résistance sur les 2 systèmes, ne peut-on envisager de considérer le travail fourni comme si la force appliquée aux pédales restait perpendiculaire pendant tout le cycle de rotation?
La valeur de la force appliquée varie en réalité par rapport à l'angle de la manivelle, mais elle varie de la même façon dans les 2 systèmes dès lors que les longueurs de manivelles sont identiques dans les 2 cas si bien qu'à mon sens, comparer les sensations revient à comparer la force appliquée comme si elle restait perpendiculaire si le calcul se fait de la même manière dans les 2 systèmes.
J' ais juste repris ton calcul :
m*g*h = qqchose
m*g*h étant un travail fournit (pour monter de h équivalent à un tour) , qqchose ne peut être qu' un travail (ou une énergie)
C' est le travail effectué par le cycliste en un tour (=2.π) de pédale .
Lequel cycliste exerce un moment moyen M sur les pédales ce qui donne :
m*g*h = 2*π*M
Pour savoir quelle force ou quel moment le cycliste exerce instantanément , c' est une autre paire de manche . Du style arduino , capteurs de force , etc.
Et c' est propre à chaque pédaleur .
Voir ceci
Les sensations , ce n' est plus de la mécanique , je ne suis pas compétant .
Bonjour, d'après ce que j'ai lu à droite et gauche, sur une pédale, le cycliste n'appuie en fait que de 30 à 150° soit 1/3 de 360 . Bien que certains savent très bien tirer vers le haut aussi quand la pédale remonte , ce serait plutôt en moyenne 1/2 pour eux. Mais l'effort produit quand la pédale remonte n'est pas gratuit !
De plus, le rendement du pédalier avec cette force serait de 80% ...On dit que le pédalier ovale de Froome lui permet de gagner de 5 à 10% de puissance , le but de ce pédalier étant de gommer les points morts haut et bas ; qui sont approximativement de 120° en tout , en théorie donc, car pour tirer la pédale en haut c'est moins simple ; il y a 2/3 du pédalier exploitable ; ceux qui ont appris à faire du vélo avec des pédales automatiques (fixées à la chaussure) sont avantagées pour fournir une accélération, mais de toutes façons ça se paie. On peut se contenter de n'appuyer sue les pédales que de 30 à 150°...
Pour le vélo il faut aussi faire intervenir les frottements , qui sont fonction de la vitesse , c'est pour cette raison que l'on arrive en montée aussi à une vitesse limite avec Force moyenne appliquée =mg + F ...car la vitesse est considérée comme constante (la somme des forces est nulle), F étant les frottements totaux (air + roulements ) .
Pour l'énergie totale sur une hauteur h dépensée par le pilote c'est (mgh +Fx L ) x (rendement du pédalier) ...Avec L=h/sin(alpha) alpha étant la pente .
Pour la puissance moyenne c'est donc mgH/T +FxV ...Assez simple, non (équation maison) mgx taux de montée + F(rottements)x Vitesse
Les frottements sont souvent donnés avec la puissance qu'ils consomment , pour exemple à 21 Km/h dans la montée de AX 3 domaine, Chris Froome dépensait 45 watts en moyenne contre les frottements et donnait 440 watts sur toute la durée de la montée .....
A noter que les watts ne représentent pas l'effort total, mais une énergie par seconde ..Je suppose que tout le monde est capable de donner 440 watts pendant quelques secondes, mais sur une montée de 7.8 km pour 21 mn , 650 m en dénivelé ..
Le temps d'appui est divisé donc par 3 ; il faut donc , normalement multiplier la force moyenne par 3 sur un temps 3 fois plus court , et diviser par 0.8 (rendement transmission ) pour avoir à peu près la vraie force fournie par le cycliste ....
C'est tout l'art du pédalage que de bien appuyer au bon moment , dans la bonne direction , avec un bon pédalier peut être..
Je vous remercie à tous pour vos réactions mais vous ne m'aidez pas vraiment à solutionner mon problème.
J'ai lu l'ouvrage "La bio-mécanique du cycliste" de François Piednoir et j'ai lu les travaux du professeur Gilbert Vincent de Grenoble sur l'équation du cycliste mais il ne s'agit pas ici de déterminer de manière précise travail ou puissance du cycliste en tenant compte de tous les paramètres mais seulement d'établir une corrélation entre les sensations ressenties sur un home-trainer par rapport à celles ressenties sur un vrai vélo afin d'étalonner sommairement ce moyen d'entraînement.
Mon idée pour étalonner le home-trainer est de mesurer la résistance à l'axe du pédalier pour un réglage de résistance donné et de la comparer à la résistance qu'un vrai vélo induirait dans une situation particulière connaissant le poids du cycliste + vélo et en déduire ainsi le pourcentage de pente.
Je pourrais tenter d'évaluer le couple moyen nécessaire au pédalage sur le home-trainer avec une clé dynamométrique et trouver ainsi une valeur en Nm et trouver ainsi la force moyenne à appliquer aux pédales.
Pour répondre plus précisément à "1max2", le fait que la force n'est pas appliquée uniformément sur l'entièreté du cycle de rotation importe peu puisque les manivelles sont de même longueur sur les 2 systèmes et les "défauts" de pédalages se produisent également dans ces 2 situations.
Qu'en pensez-vous?
C' est ce que tu as fait par calcul .
Pourquoi ça ne te convient pas ?
Peut etre qu' un calcul de puissance serait plus judicieux ?
le "ressenties" n' est , je suppose , pas le même suivant la vitesse .
@Michel , oui , j'avais compris, j'ai un peu divergé ..
Etant cycliste amateur , je sais que les battements du cœur donnent une excellente idée de l'effort ...
Au battement par seconde près , après 2 jours de repos , il faudrait arriver à comparer les battements sur le home trainer ; aux battements sur une montée bien connue .
Je sais par exemple qu'à certains endroit en essayant, par exemple de rester à 10 km/h le cœur tape à 120 (il faut au moins 20 mn d’échauffement ) .
Je suppose que le home trainer possède ses propres mesures en calories .(?)
Perso , j'ai essayé chez ma Kiné un espèce de marcheur à piston (on pousse avec les jambes 2 plaques) , il comptait les calories dépensées, mais je le trouvais très très optimiste .
Enfin, une idée comme ça ..
Sinon peut -être essayer d'estampiller avec un petit moteur électrique ...
Bonjour,
en plus le cycliste est compressible : quand il transfert son poids d'une jambe à l'autre, ses articulations, son tendon du genou, tout cela agit comme un ressort, non ?
Donc j'imagine qu'il peut être judicieux de se servir de "la fréquence d'oscillation" de ce ressort pour appliquer un maximum de travail aux pédales tout en faisant le minimum d'effort.
Et pour moi ce n'est pas encore très clair, en supposant que le derrière du cycliste ne touche jamais la selle complètement, si son effort principal est de lever un peu un genoux et de tendre l'autre jambe, alternativement pour transférer son poids d'une pédale à l'autre, ou bien si pour effectuer ce transfert de poids il s'agit surtout de bouger le bassin ? Et lorsqu'en plus on considère que les pieds peuvent être liées au pédales par une sangle, et les bras tirer sur le guidon, cela devient très complexe.
Ce n'est pas si simple la physique du vélo.
Non, justement, le calcul se rapporte à une situation sur route mais pour le home-trainer, je n'ai pas d'estimation correcte.
La seule donnée actuelle mais pas fiable, c'est que si je pose une masse de 1kg sur une pédale à l'horizontale, la manivelle tourne si résistance mise sur 10.
Mais mon impression est que si je pédale, je dois appuyer avec une force supérieure mais bon....trop subjectif.
J'ai aussi l'affichage des calories et je pourrais de cette manière en déduire la puissance développée mais de quelle manière le fabriquant a-t-il calibré son calcul? Pas tellement fiable non plus.
Me reste la clé dynamométrique que je vais essayer d'emprunter à une connaissance. Encore faudra-t-il que je puisse fixer une douille sur l'axe du pédalier!
Dernière modification par Michel1717 ; 22/07/2015 à 16h44.
Bonsoir,j'indiquais, message précédent qu 'avec un cardiofréquencemètre , on pourrait comparer le vélo et le home trainer .
Après un échauffement de 20 mn , à vélo , bloquer le cœur à 120 battements/mn, par exemple ; calculer la puissance ou les calories consommées en fonction de la pente , de la vitesse , des frottements ...
Sur le home trainer , au bout de 20 mn d'échauffement , caler son cœur à 120 battements/mn (c'est très simple) , comparer avec les calories indiquées par le home trainer pour l'estampiller ...
Refaire à 130 battements/mn ; 110 ...
Que pensez-vous de cette manip ?
Bonjour 1max2,
Je ne pense pas que j'obtiendrai un résultat tangible avec cette méthode et ce, pour 2 raisons:
1. La dépense d'energie sur le home-trainer est indépendante du poids du cycliste ce qui n'est pas le cas sur route.
2. Je ne pourrais synchroniser que la cadence de pédalage dans les 2 tests mais le braquet à utiliser sur route devrait être choisi de manière aléatoire, lequel choisir? Mon pouls variera en fonction du développement.
De plus, sur le home-trainer, la vitesse indiquée est virtuelle et fantaisiste, cette donnée est affichée sans aucun réalisme. Le constructeur a choisi un développement fictif.
C'est d'ailleurs pour ces 2 raisons que je souhaiterais calculer à quoi correspondent les différents réglages du home-trainer sur route.
Mon épouse par exemple, pesant 40 kg de moins est plus effiace sur route et s'essoufle moins que moi alors que sur le home-trainer, je peux pédaler plus fort qu'elle pour un même essouflement.
Bonjour, je suis presque certain du contraire , perso, le pouls correspond bien aux efforts que je fais . Il y a en particulier une montée au dessus de chez moi (500 m de déniv ) , où si je garde constamment par ex 10 km/h le pouls adhère complètement à la moindre bosse , dès que cela monte un peu plus il passe de 120 à 121 , 122 , si ça monte un peu moins 119-118 ;à l'inverse, si je garde un pouls constant ce qui est très facile, même sans regarder le cardio, la vitesse du vélo s'adapte instantanément avec les différents "coups de cul" (passages un peu plus raides)...
Ainsi après 20 mn d'échauffement vous calez le cœur à 120 , et vous faîtes toute la montée en relevant tous les autres chiffres, vitesse, dénivelé, longueur ; vous prenez ensuite un logiciel qui vous calcule les frottements à cette vitesse moyenne , vous calculez les calories dépensées et la puissance moyenne .
Vous faîtes la même chose sur le home trainer (20 mn d'échauffement) , puis vous calez l'effort de telle manière que le cœur tape à 120 pendant un bon bout de temps ou pas ...Vous comparez avec les chiffres de la montée réelle, je ne vois pas de problème de poids ou autre . Le home trainer se moque du poids certes, il calcule l'énergie que vous lui apportez (je ne sais comment ) , pendant la montée si vous accrochez un sac de 5 kg sur votre vélo , pour un même battement cardiaque , vous irez moins vite , ça compensera un peu avec moins de frottements; mais l'énergie dépensée sera plus grande , par contre , comme vous mettrez plus de temps et alors la puissance développée sera plus faible , ou identique ...
De toutes façons je ne vois pas comment le home trainer prendrait en compte un poids , aucun ne le fait , non ?
Si votre calcul vous donne 200 watts , et que l'home trainer donne 300 , c'est qu'il est optimiste , vous pouvez extrapoler en multipliant par 2/3 , et vérifier si c'est bon aussi avec pouls à 130 ...
Quand je fais du vélo régulièrement et avec des repos, le pouls reste le même si je monte à la même vitesse au km/h près, j'ai une montre connectée qui peut le confirmer .Quelquefois au fil de la saison, je le vois s'améliorer (la forme s'améliore) , quelquefois, si la virée est trop grande , le cœur peut taper anormalement vite (+10 ) le soir en rentrant au bercail (signe de fatique ou de fringale)!
Dernière modification par 1max2 ; 23/07/2015 à 10h58.
Tu as fais ton choix dans le post #7
...compte tenu du braquet utilisé (3m pour un tour complet)...
