VermogenCycling Power

• Wat is vermogen?

• Hoe wordt vermogen gemeten?

• Wat kun je er mee?

• Referentie waardes

• Praktijk

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.

Cycling PowerPcyc = Pdt + mVAcyc + WVsin(ArctanG) +

2 2WVCrr1cos(ArctanG) + (NCrr2V) + 1/2ρCdAV(V+Vw)

Pdt : vermogen om aandrijf-weerstand te overwinnen

m: massa fietser + fiets

V: snelheid fiets

Acyc: accelaratie of decelaratie van fiets

W: gewicht fietser + fiets

G: hellingspercentage

Crr1: coefficient statischerolweerstand

N: aantal wielen

Crr1: coefficient dynamischerolweerstand

Cd: luchtweerstand coefficient

A: frontale oppervlak

Ρ: luchtdichtheid

Vw: windsnelheid meewindof tegenwind (+ bijmeewind)

Rendement van het lichaam

• Energieproductie

• Rendement in gunstigste geval 25 %

• Rest van 75 % is warmteontwikkeling

• Afvoer via:

– Straling

– Convectie

– Zweten (verdamping)

Watts = Force x Distance

Torque Exerted on the Rear Hub

Distance Traveled by the Hub

Strain Gauges

Wat is vermogen?

Arbeid=kracht x verplaatsing

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)

• 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

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

Resistance and speed

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

Luchtweerstand

• Luchtdruk

• Windsnelheid

• Frontale oppervlakte

• Oppervlaktestructuur

• Vorm of stroomlijn (druppelvorm)

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!

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?

Luchtweerstand: wind

86910

6495

4221

BeaufortWindsnelheid

(km/u)

Helling (%)

Klim- of zwaartekracht weerstand

• Bij een beklimming met hellingsgraad hondervinden 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.

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

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.

Mechanische weerstand

• Mechanical Friction (bearings, gear train)

absorbs typically only 3-5% of power input if

well maintained

Pedaalkracht

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 vermogenmaar gaan toch maar 2 x zo hard!!

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.

Renner van 75 kg, windstil weer, horizontale weg

119065

24594560

20574055

17556550

14542045

11530540

9021535

7014530

559025

355520

253015

151510

Verschil vermogen per 5km/uVermogen (Watt)Snelheid (km/u)

SYSTEMEN

• SRM

• PowerTap

• Ergomo

• i-Bike

• Quarq

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

Stimulus vs. Response

Stimulus / CauseStimulus / Cause

Res

pon

se/ E

ffec

t

Training Load

Per

form

ance

Power

Hea

rt R

at e

Interval + endurance

Heart Rate increases

constantly and doesn‘t

decrease anymore

during recovery.

Power, measured in

Watts, shows

constantly the actual

performance and is

within the wanted area

for the intervals !

Power

Heart Rate

Interval with intensity target

Regulation about HF

is not possible

¾ of time not in

predertermined sector

of 170-180 bpm

Heart Rate

Power

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".

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

Kritisch vermogen

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 kJBij 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.

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'

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

ANAEROBE DREMPEL PROTOCOL

Stap 1 Warming-up 20 min rustig duurtempo

Stap 2 Incl. 3 x (hoge freq.:>110 rpm 1 min-1 min rust)

Stap 3 Vervolgens 5 minuten rustig duurtempo

Stap 4 5 minuten AD tempo

Stap 5 10 minuten rustig duurtempo

Stap 6 20 minuut TIJDRIT!

Stap 7 10-15 minuten rustig duurtempo

Stap 8 10-15 minuten cool-down

S t a p 1 W a r m i n g - u p m i n i m a a l 4 5 m i n u t e n

S t a p 2 I n c l . 3 x ( h o g e f r e q . : > 1 1 0 r p m 1 m i n - 1 m in r u s t )

S t a p 3 V e r v o l g e n s 3 m in u t e n r u s t ig d u u r t e m p o

S t a p 4 5 m i n u t e n A D t e m p o

S t a p 5 3 - 5 m i n u t e n r u s t i g d u u r t e m p o

S t a p 6 1 m i n u u t v o l u i t !

S t a p 7 m i n i m a a l 1 0 m i n u t e n r u s t i g d u u r t e m p o

S t a p 8 5 m i n u t e n v o l u i t

S t a p 9 1 0 m i n u t e n d u u r t e m p o

S t a p 1 0 1 m i n v o l u i t !

S t a p 1 1 5 m i n u t e n r u s t i g d u u r t e m p o

S t a p 1 2 1 m i n v o l u i t !

S t a p 1 3 5 m i n u t e n r u s t i g d u u r t e m p o

S t a p 1 4 1 5 s e c o n d e n s p r i n t

S t a p 1 5 2 m i n u t e n r u s t i g d u u r t e m p o

S t a p 1 6 1 5 s e c o n d e n s p r i n t

S t a p 1 7 1 0 - 1 5 m i n u t e n c o o l - d o w n

P O W E R P R O F I L E P R O T O C O L

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.

VROUWEN MANNEN

Power Based Training

Training sector in relation to IAS (US Standard)

156 -147 - 155139 - 146131 - 138120 - 130- 119Heart Rate

279 -244 - 279209 - 244174 - 209128 - 1740 – 128Power

Anaerobic

Capacity

VO2MaxLactate

Threshold

TempoEnduranceActive

Recovery

Threshold calculation from training data

Threshold 320 Watt

CP60 = 310 Watt

Threshold calculation from training data

The new Training Tools

NP:Normalized Power

IF:Intensity Factor

TSS:Training Stress Score

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. shortsprints) stress the body much more than a constant average power

-The NP is given in Watts

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 vierdemachtswortelte 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.

Intensity Factor (IF)

Definition:

The Intensity Factor (IF) shows the relative intensity within thetraining 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)

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 langkunnen 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 anaëroobkunnen rijden. Algemeen wordt aangenomen dat voor een tijdrit van 20 minuten de intensiteit ongeveer 5 % hoger kan zijn dan 1. Ditkunnen 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

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 effortat 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)

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.

Training Stress Balance: TSBIedere 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

Training Stress Balance: TSB

• Vorm = Training + frisheid

• Vorm komt ongeveer overeen met:

CTL – ATL

of nog eenvoudiger

TSB = CTL – ATL

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.

Prestatiebeheerskaart PBK

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 gemiddeldevermogen op 20 minuten is dan 228 Watt, veel hoger dan de gemiddelde waarden van de voorbije maanden!

CyclingPeaks Software

Voordelen van vermogensmeting op de fiets

- Optimale prestatie controle

- Optimale stress dosering

- Zichtbare prestatie progressie

- Watt = actie, HR = reactie

- Tijd besparing

Literatuur

• Training and Racing with a Power Meter

– Hunter Allen and Andrew Coggan

• High-Tech Cycling

– Edmund R. Burke

VRAGEN??

WWW.SPORTARTS.ORG