Comment calculer le couple produit par un cycliste avec différents braquets ?

[inviteec3d35dc]

Bonjour,
Je passe cette année le BAC et pour mon grand orale je cherche montrer quel est le meilleur compromis au niveau du couple entre différents braquets. Je cherche donc comment calculer le couple produits par un cycliste avec tel ou tel braquet.

Déjà je suppose que le couple à la roue ne sera pas le même que celui que va exercer le cycliste sur le pédalier ? Et ensuite que plus le braquet sera élevé moins il y aura de couple à la roue mais plus il y en aura au pédalier ?

Merci pour le temps que vous allez prendre à me répondre.
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[Gyrocompas]

Bonsoir,
Eviter d'ouvrir plusieurs sujets identiques.

Souvenir, les tout premier vélos avaient une grande roue à l'avant actionnée directement par les pédales.
La transmission par chaîne n'existait pas encore ni les changements de rapports.

Le but d'un sélecteur de plateau et/ou de vitesse, consiste à adapter l'effort de pédalage en fonction de la configuration, plat, descente, montée (pente %), avec les capacités du cycliste.
Globalement, au niveau du pédalier le couple sera maximum quand la manivelle sera à 90° du point mort haut.
L'ensemble vélo + cycliste représente une masse qui va prendre progressivement de l'énergie par l'effort précédent fourni.
Preuve, en se mettant en roue libre, l'ensemble consommera l'énergie accumulée.
L'effort fourni à la pédale n'est pas constant, heureusement.
La capacité à fournir des watts dépend de l'intensité associée à la durée.
Un sprinter sort 1200 watts pendant quelques secondes, l'ascension d'un col demandera 200 à 400 watts selon le niveau pratiqué jusqu'à 1 heure.
Ne pas oublier la physiologie, le cycliste du dimanche n'est pas comparable avec le professionnel surentraîné.
Un effort important va demander de respirer en conséquence pour oxygéner le sang, le rythme cardiaque s'accélérera pou envoyer le débit adapté aux muscles et récupérer les résidus.

Lecture (en cowboy gratos) qui précise l'effort à la pédale (1/2 sinusoïde de 80Nm chaque tour) :https://www.researchgate.net/publica...nstant_Cadence

La valeur fournie au pédalier va entraîner la roue AR via une multiplication qui va réduire le couple, ensuite il faudra convertir selon le diamètre du pneumatique.
Le déplacement en utilisant cette force à une vitesse donnée doit pouvoir s'exprimer en watts...

Pour répondre à la problématique, il faut évaluer l'effort nécessaire selon la configuration, le couple vélo-cycliste et trouver la valeur qui cadrera avec les capacités physiques du cycliste.
Sur piste, entraïner du 62-12 (multiplication x 5) est courant, hors de portée du commun des mortels.

[inviteec3d35dc]

Salut, désolé pour la réouverture de sujet je ne savais pas si il valait mieux que j'en réouvre un ou continuer sur le même, bref

Dans mon problème je prend un cycliste de 75Kg et son vélo qui pèse 10Kg. Je le considère sur une route plate sans vent et allant à une vitesse constante de 20km/h (5.56m/s) avec une cadence de 85tr/min. La roue du vélo a un diamètre de 700mm

J'ai calculé les forces à vaincre avec :

• Frottements de l'air

1/2 * rho(air) * (S*Cx) * V² avec S*Cx= 0.35

j'ai donc Fa=6.98 N

• Frottements due à la route

Ff = C_f * le poids du cycliste et vélo avec C_f = 0.01

J'obtiens Ff = 0.85 N

• Force de la pesanteur

Elle est nul car le terrain est plat


Donc les forces à vaincre sont Fv= Fa + Ff donc 7.83 N



J'ai aussi calculé mon braquet grâce à cette formule: v = Br * Cadence * Cr avec Cr = (2Pi*r_roue)/60
et mon braquet est égale à 1.77


Je calcule ensuite une puissance (qui correspond à la puissance au pédalier non ?) P = Fv * v = 43.5 Watts

Le déplacement en utilisant cette force à une vitesse donnée doit pouvoir s'exprimer en watts...

Donc si j'ai tout compris et que je me souviens de mes cours P=C*W donc pour trouver mon couple à partir de la puissance il faut que je fasse C = P/W
mais ducoup à quoi correspond le W ? à la vitesse de rotation du pédalier ou de la roue ?

[Gyrocompas]

QUOTE]à quoi correspond le W ? à la vitesse de rotation du pédalier ou de la roue [/QUOTE]

En situation de roulage 'en prise', aux 2.
Les vitesses de rotation seront proportionnelles à l'inverse de la multiplication choisie, les couples seront en conséquences.
La valeur trouvée sera une moyenne.
Dans la réalité, le champion fait attention à sa ligne de chaîne pour s'approcher d'un rendement 100%.
Avec un grand plateau le choix sera toujours associé avec les pignons les plus à droite pour éviter une diagonale.


La question piège pourra venir sur comment l'énergie du cycliste est transférée.
Principalement pendant la phase descendante du pédalage (voir document proposé), autour de 90° depuis le point mort haut.
Pour faire la moyenne, considérer l'intégrale de la pression exercée sur la manivelle sur chaque 1/2 tour.
Progressivement, l'accumulation des pointes dénergie se retrouvera dans la masse vélo+cycliste.

Un petit essai sur route aide à comprendre.
Un gros effort en danseuse va faire crisser le pneu arrière de manière intermittente, au moment de l'appui principal.
On peut considérer une valeur théorique constante, dans la réalité, c'est une succession de transferts d'énergie
Bonne chance.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Black Jack 2]

Salut, désolé pour la réouverture de sujet je ne savais pas si il valait mieux que j'en réouvre un ou continuer sur le même, bref

Dans mon problème je prend un cycliste de 75Kg et son vélo qui pèse 10Kg. Je le considère sur une route plate sans vent et allant à une vitesse constante de 20km/h (5.56m/s) avec une cadence de 85tr/min. La roue du vélo a un diamètre de 700mm

J'ai calculé les forces à vaincre avec :

• Frottements de l'air

1/2 * rho(air) * (S*Cx) * V² avec S*Cx= 0.35

j'ai donc Fa=6.98 N

• Frottements due à la route

Ff = C_f * le poids du cycliste et vélo avec C_f = 0.01

J'obtiens Ff = 0.85 N

• Force de la pesanteur

Elle est nul car le terrain est plat


Donc les forces à vaincre sont Fv= Fa + Ff donc 7.83 N



J'ai aussi calculé mon braquet grâce à cette formule: v = Br * Cadence * Cr avec Cr = (2Pi*r_roue)/60
et mon braquet est égale à 1.77


Je calcule ensuite une puissance (qui correspond à la puissance au pédalier non ?) P = Fv * v = 43.5 Watts



Donc si j'ai tout compris et que je me souviens de mes cours P=C*W donc pour trouver mon couple à partir de la puissance il faut que je fasse C = P/W
mais ducoup à quoi correspond le W ? à la vitesse de rotation du pédalier ou de la roue ?

P = 43,5 W ... OK

Circonférence de la roue = Pi * 0,7 = 2,2 m
Si 1 tour de pédale correspond à 1,77 tour de roue ---> 1 tour de roue fait avancer de 2,2 * 1,77 = 3,89 m

Pour avancer à 20 km/h, soit donc à 20/3,6 = 5,56 m/s, la cadence de pédalage doit être : 5,56/3,89 = 1,429 tr/s

Soit donc 1,429 * 2Pi = 8,98 rad/s (pour le pédalage)

P = C * w
43,5 = C * 8,98
C = 4,84 Nm (c'est le couple moyen à appliquer pour pédaler)

Donc :
Pour avoir une vitesse de 20 km/h à plat ..., il faut développer une puissance mécanique de 43,5 W
Si on utilise un braquet tel qu'un tour de pédale correspond à une avancée sur la route de 3,89 m ... il faudra pédaler à la cadence de 1,429 tr/s et appliquer un couple moyen aux pédales de 4,84 Nm.

[inviteec3d35dc]

Ok parfait, j'ai avancé aujourd'hui j'ai les mêmes résultats, merci à tous pour votre aide.

[Gwinver]

Bonsoir.

Pour avoir une vitesse de 20 km/h à plat ..., il faut développer une puissance mécanique de 43,5 W

Cette puissance me semble faible.
Sur le site : http://www.velomath.fr/calcul_puissance.php
un calcul est donné avec des données de départ sensiblement équivalentes et trouve une puissance de 82 W, coefficient de frottement = 1, avec 0.01 on a 35W.

[cmole]

Bonjour,

Cette puissance me semble faible.

En refaisant les calculs, je trouve 86W et non pas 43,5. Il y a une coquille sur le calcul de la force de résistance au roulement : Ff = Cf * le poids du cycliste et vélo, avec Cf = 0.01. Donc Ff = 0,01.(85*10) = 8,5N et non pas 0,85. La masse a été utilisée, et non le poids !

Bon courage pour la suite !

[Black Jack 2]

Bonsoir.


Cette puissance me semble faible.
Sur le site : http://www.velomath.fr/calcul_puissance.php
un calcul est donné avec des données de départ sensiblement équivalentes et trouve une puissance de 82 W, coefficient de frottement = 1, avec 0.01 on a 35W.

Bonjour,

Il faut mettre des valeurs réalistes dans les différents postes du lien ... pour trouver une puissance réaliste.

Un coefficient de 1 dans la case "frottement" ... est incompréhensible.
***********
Voila un autre site de calculs :

http://sportech.online.fr/sptc_idx.p...=spfr_esy.html

Qui, pour un cycliste de 75 kg sur un vélo de 10 kg, à 20 km/h (plan horizontal) sur une bonne route.
Au niveau de la mer à 20°C ... en utilisant un Cf = 0,0025 et Cr = 0,007 (en plein milieu des plages "normales")

Donne avec un S*Cx = 0,2 m² une puissance P = 53,5 W

Et avec un S*Cx = 0,35 m² (beaucoup plus plausible dans les conditions de l'exercice) ... donne P = 69 W

Valeurs, pour moi bien plus réalistes.

[Gwinver]

Bonjour.

Un coefficient de 1 dans la case "frottement" ... est incompréhensible.

Les sites de calculs sont parfois piégeux car les formules ne sont pas toujours développées de la même façon ni avec les même unités. Je ne parle pas pour celui-là en particulier. C'est un souci que j'avais eu il y a quelques années en cherchant à rapprocher les textes de différents sites.

[Gyrocompas]

Bonjour,

Ce lien donne aussi des calculs, celui page 6 entre montée et descente donne de bons ordres de grandeurs selon la vitesse (dont 50w) : http://www.velomath.fr/velo_equation.pdf
La plus grosse inconnue est l'aérodynamisme particulière à un individu.
En Mai, il y a eu beaucoup de jour avec des vents entre 25 et 40 km/h.
La différence entre dans le dos et de face était plus qu'évidente.

[Gwinver]

Bonjour.

Un coefficient de 1 dans la case "frottement" ... est incompréhensible.

Le site vélomath est un bon exemple de cette question d'unités et d'homogénéité des formules.

Sur le site vélomath, le coefficient d frottement est exprimé en %, une valeur de 1 dans le tableau que j'avais indiqué en #7 doit donc être compris comme 0.01.

Comme dit Gyrocompas, l'inconnue est relative au cycliste, son gabarit, sa position sur le vélo et les vêtements, et bien sûr la vitesse du vent qui vaut une bonne côte dès 10 à 15 km/h en face.

[inviteec3d35dc]

Ff = 0,01.(85*10)

Le 85*10 sert à passer de la masse au poids, c'est ça ?

[Lynx66]

Bonjour tout le monde, tŕés intéressé par ce sujet, mais le couple peut différer en fonction de beaucoup d'éléments, ancien coureur cycliste de bon niveau et aujourd'hui le fiston...Si on prend un dévelopement donné 50X15 et 46X14 nous trouvons une distance parcouru différente qui peut devenir égale en jouant sur la dimension des pneumatiques...Mais la force nécessaire avec un tour de manivelle pour une distance devenu égale est différente entrr le 50X15 et le 46X14 ??? Existe t-Il une formule pour évaluer la puissance utilisée avec des braquets différents pour une distance équivalente

[antek]

Existe t-Il une formule pour évaluer la puissance utilisée avec des braquets différents pour une distance équivalente

Pour une même vitesse de rotation du pédalier ?
Pour une même vitesse de rotation de la roue ?

Quels que soit les rapports de transmission, à vitesse constante la puissance fournie est constante.

[Black Jack 2]

Bonjour tout le monde, tŕés intéressé par ce sujet, mais le couple peut différer en fonction de beaucoup d'éléments, ancien coureur cycliste de bon niveau et aujourd'hui le fiston...Si on prend un dévelopement donné 50X15 et 46X14 nous trouvons une distance parcouru différente qui peut devenir égale en jouant sur la dimension des pneumatiques...Mais la force nécessaire avec un tour de manivelle pour une distance devenu égale est différente entrr le 50X15 et le 46X14 ??? Existe t-Il une formule pour évaluer la puissance utilisée avec des braquets différents pour une distance équivalente

Bonjour,

La question est mal posée.
La puissance à développer dépend de la vitesse du cycliste par rapport à l'air (et donc aussi du vent), de la position du cycliste sur le vélo (Cx), de la surface qui résiste au vent (donc entre autre de la morphologie du cycliste) ... ceci pour la puissance nécessaire pour vaincre la force aérodynamique. Et de la puissance nécessaire pour vaincre les forces de roulement (force proportionnelle au poids total et dépendant des pneumatiques et de ...)

Donc, 2 cyclistes identiques, roulant sur des vélos identiques dans les mêmes conditions (position sur le vélo, vitesse , vent ...) doivent développer la même puissance.

On a la relation : P = C * W

avec P la puissance (en W) ; C le couple sur le pédalier (en N.m) ; w la vitesse angulaire du pédalier (en rad/s)

Ce sont évidemment des valeurs moyennes, car le couple fourni n'est pas vraiment constant sur un tour complet de pédalier ...

Donc si on change de braquet pour par exemple pédaler 5 % moins vite ... le couple à fournir sera 5 % plus grand.

En pratique, il faudrait tenir compte du rendement de la "transmission", en changeant de braquet, le chaîne peut être plus ou moins bien alignée et cela entraîne une petite variation de rendement... mais oit.

[Lynx66]

Non non ! la question était bien posé, il s'agit de la puissance necessaire pour parcourir la même distance en 1 tour de manivelle avec deux braquets différents . Soit 50X15 et 46X14 la distance pour être égale étant compensée par des pneumatiques de diametres différents. La puissance en watt est bien supérieur pour lancer le 50x15 que le 46 x14 et cela pour un tour de manivelle donnant une distance parcouru égale...existe t'il une formule ou une théorie pouvant expliquer cela

[Gwinver]

Bonsoir.

il s'agit de la puissance necessaire pour parcourir la même distance en 1 tour de manivelle avec deux braquets différents . Soit 50X15 et 46X14 la distance pour être égale étant compensée par des pneumatiques de diametres différents.

Telle que la question est posée, aux pertes de transmission près, la puissance est la même.

Prenons X pour la distance.
Le braquet vaut 50 x 15, le rapport est 3.333
pour 46 x 14 le rapport vaut : 3.286
mais, le diamètre de la roue est ajusté pour avoir la même distance en 1 tour de manivelle, le développement est donc le même et donc la vitesse aussi.

[Lynx66]

Donc le couple utilisable etant différent pour les deux dévelopements la puissance demandé sera différente pour obtenir la même vitesse ....je recherche donc une formule ou une théorie pouvant m'éclairer

[Lynx66]

La même vitesse mais avec une puissance en whatt demandé différente ....

[gts2]

Donc le couple utilisable étant différent pour les deux développements la puissance demandée sera différente pour obtenir la même vitesse.

Si la vitesse est le même, la puissance est la même, la vitesse de rotation est la même (par compensation à l'aide de la taille des roues), donc le couple est aussi le même (à des pouillémes près)

[gts2]

La même vitesse mais avec une puissance demandée différente.

Qu'entendez-vous par là, vous voulez dire que vous accélérez ?

[Gwinver]

Bonsoir.

Le seul point important est la distance parcourue pour un tour de manivelle.
Il est dit que le diamètre de la roue compense la différence de braquet. La puissance est donc la même.
Et tout ça aux pertes de transmission près.

1 tour de manivelle avec deux braquets différents . Soit 50X15 et 46X14 la distance pour être égale étant compensée par des pneumatiques de diametres différents

[Lynx66]

Impossible, car je viens d'en effectuer l'expérience, la puissance demandée et beaucoup plus importante, seul la raison méchappe

[titijoy3]

c'est le couple qui est différent

[gts2]

Impossible, car je viens d'en effectuer l'expérience, la puissance demandée et beaucoup plus importante, seul la raison méchappe

Vous avez du faire l'expérience sans compensation par la taille des roues, et l'explication a été donnée par @Black Jack 2 message #16 : c'est le couple qui varie.

[gts2]

Votre problème ne relèverait-il pas plutôt de la physiologie du muscle ?
Qu'est ce qui, au niveau du muscle, fait qu'il y a une vitesse préférable pour une même puissance ?
A faible couple, on tourne vite, qu'est ce qui est problématique dans le fait de faire travailler un muscle rapidement de manière répétitive ?
A faible vitesse, il faut un fort couple, est-ce que l'efficacité du muscle est différente lors de fortes contractions ?
Je n'ai pas la réponse, il faudrait poser la question dans un forum adapté, mais je suis intéressé par la réponse.

[Lynx66]

Merci pour votre réponse, mais non car les développements sont contrôlés avant les épreuves ....avec certitude je peux affirmer que la puissance de démarrage différe en fonction du braquet choisi pour un développement donné,. Mais existe t-il une formule pour le calculer .J'ai en ma pocession quelques micro films pris sur les lignes de départ lors d'épreuves de KM

[gts2]

Là on parle de puissance de démarrage, ce n'est pas la même chose qu'à vitesse constante.
Comment est mesurée (ou calculée) la puissance.

[Gwinver]

Bonjour.

Si on parle d'un développement donné, c'est à dire d'une distance identique par tour de manivelle, la puissance au démarrage ou en vitesse établie est la même dans les deux cas.

Soyons plus précis, les deux braquets donnés sont :
50 x 15, le rapport est : 3.333
46 x 14 le rapport est : 3.286

Pour une roue de 700, la circonférence est d'environ 2.1 m
Si avec le rapport 50 x 15 la circonférence vaut 2.1 m, pour avoir le même développement avec le 46 x 14 il faut une circonférence de :
2.1 x 3.333 / 3.286 = 2.13 m, soit un diamètre de roue de 710 mm.
Il faut considérer le diamètre effectif, donc basé sur le rayon mesuré depuis l'axe de la roue jusqu'au point de contact avec la piste lorsque le cycliste est sur son vélo.

Est-il possible de donner les paramètres utilisés lors de l'essai?
C'est à dire : les deux braquets et les deux diamètres de roue ou les deux circonférences.