2018年01月16日(Tue)

エルゴメーターにおけるワット数表示について

カヤックエルゴでの負荷表示をワット数で表示することは適当か?
という命題についての検討です。

2号機はエンジンの負荷を電力に変換することができます。
僕が漕いだ場合の電力計測値は、中負荷で40W、最大負荷で60W程度になります。

エンジンの効率(力の仕事率から電力へ変換される際のロスを考慮した効率)を70%として計算すると、
中負荷では 40 ÷ 0.7 = 57(W) になります。
アスリートなら100ワットくらいになりそうです。

では、いったい人間の能力は何ワットくらいが適当なの?
を調べてみましょう。
車のエンジン出力は何馬力という表現をします。
人が継続的に発揮できる仕事率は0.1 - 0.2馬力程度とされています。

馬力という表現は、蒸気機関の開発で有名なジェームズ・ワットが蒸気機関の能力を示すのに、標準的な荷役馬1頭のする仕事を基準としたことに始まるそうです。
ややこしいのが、車の出力を ps で表す馬力は、なぜかワットの考案した英馬力ではなく仏馬力で表示するようになりました。
1 仏馬力 (PS) = 約 0.986 英馬力 (HP)

これは、車のエンジンの仕様表です。

shuyoushogen-thumbnail2.JPG

エンジンパワーは何馬力と言った方がピンとくるのですが、正式にはKWで表すことになっています。
このように馬力とワット表示を併記してややこしいですが、
1PS(仏馬力)=0.7355kwの関係です。
そのうちPS表示は無くなるのでしょうね。
人の能力は0.1 - 0.2馬力程度ですが、自転車は脚力を使えるので0.2馬力として、カヤックは主に上半身の力なので0.1馬力としましょう。
1仏馬力 =735ワットですから、カヤックでは 70ワット程度が継続できるワット数としましょう。

2号機のエンジンで僕が継続的に運動する場合のワット数は、57Wでした。
推定される人の仕事率(70W)に近い結果が得られています。
計算と実験の比較は、仕事の間違いを見つけるうえで大事なことで、整合性がないと困ります。

以上で2号機の負荷をワット数で表示することは可能、という結論になりました。
これはエルゴメーターとして重要なポイントです。
運動量を数値化できると次のようなことが可能になります。
・どれだけ運動したかを統計的に見ることが可能
・パフォーマンス(運動能力)の推移が分かる
・エルゴを漕ぐ仲間との比較が可能になる

以上は、力学的な仕事率で表示することに焦点を置きました。
次に人体としての運動量について考えてみます。
さらに人体のエネルギー量に変換して表示する方法があるようです。
その場合は、生体の効率を考慮します。
人体は力学的な仕事率に対する効率が20~25%と低いそうです。
従って、人体の運動量で表示する場合は4倍するのが通例になっているようです。

市販のエルゴメーターを調べてみると、KayakProのSpeedstroke Gym Ergometerは力学的な仕事率で表示するようです。
speedstroke-grm-ergometer.png
※豆知識:仕事率の単位[ワット]は、仕事率を馬の能力を基準として表すことを考案したジェームズ・ワットにちなんで名づけられた。
posted by エイ at 08:15 | Comment(0) | TrackBack(0) | エルゴメーター
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