Polemika
Fizyka
Kuźnia
Sprzęt
O mnie

Kadencja, na sportowo i rekreacyjnie

(14.06.2017)

Gdziekolwiek zaczyna się dyskusja o doborze przełożeń w rowerze, nieodmiennie pada temat kadencji, czyli o tym ile obrotów korbą robimy na minutę podczas normalnej jazdy.

Rzekomo, mamy kręcić ile wlezie. Czyli szybko.

Temat ten jest istotny dlatego, iż tak naprawdę cała ta maszyneria przełożeniowo/łańcuchowa kosztująca niemałe kwoty i zwisająca swobodnie z naszych rowerów służy do zarządzania tymże czynnikiem. Sam fakt, iż duża część mechaniki przeciętnego roweru służy do tego właśnie celu powinien być wskazówką, dlaczego jest to tak ważny parametr.

Zapnijcie pasy, będzie się działo.

Jeżeli silnik czterosuwowy, to taki, w którym na cztery "suwnięcia" cylindra występuje 1 cykl pracy, to człowiek jest silnikiem dwusuwowym, dwucylindrowym. Możemy wyróżnić cykl pracy, czyli naciskania na korbę, oraz cykl odpoczynku, czyli kiedy noga wędruje do góry.

Każdy cykl pracy produkuje pewną ilość energii mechanicznej którą to przetwarzamy w rowerze na ruch ku chwale i fortunie. Nie jest to ilość nieskończona, oczywiście.

W silniku spalinowym energia jest generowana przy każdym cyklu spalania. To ile tej energii zostanie wyprodukowane zależy od ilości spalonego paliwa. To zaś ile paliwa można spalić zależy od liczby obrotów wału silnika oraz jego objętości skokowej. Wartości te są ze sobą powiązane w dość interesującą zależnością. Mianowicie – im większa objętość skokowa pojedynczego cylindra tym wolniej może kręcić się wał silnika. Po prostu ogranicza nas inercja.

Mamy tutaj pewną analogię do silnika biologicznego.

To ile energii możemy wyciągnąć z jednego depnięcia w korbę zależy od wielkości mięśnia ( tzn – objętości skokowej ) kadencji ( liczby obrotów ), stopnia wytrenowania ( parametrów spalania ) oraz ilości paliwa – czyli dostępnych składników odżywczych i tlenu.

I tutaj analogia się nieco rozjeżdża, bo mięśnie są nieco bardziej skomplikowane.

Po pierwsze, mięśnie potrafią konsumować różne rodzaje paliwa, takie jak tłuszcze, węglowodany oraz ciała ketonowe.

Po drugie, mięsień nie może kurczyć się bez końca. I ten koniec w skali mikro jest bardzo krótki, nawet po kilku sekundach wysiłku mięsień ( albo pojedyncze jego komórki ) potrzebują odetchnąć na minutkę, dwie.

Dlaczego zatem możemy kręcić godzinami, niby bez przerwy?

Ano dlatego, że ewolucja głupia nie jest.

Kontrolę nad mięśniami sprawuje mózg, który poprzez rdzeń kręgowy aktywuje tzw. neurony motoryczne którymi ciasno oplecione są mięśnie. To ile neuronów motorycznych rzeczywiście mamy, jest podyktowane genetycznie.

Z poziomu neuronów motorycznych sprawa zaczyna się komplikować.

Mięśnie dzielą się na trzy grupy – wolno-kurczliwe, mieszane i szybko-kurczliwe. To ile mamy jednych i drugich jest podyktowane genetycznie.

Sam mięsień dzieli się na włókna które są zbiorem tzw miofibryli, czyli pęczkiem komórek mięśniowych. Każde włókno posiada swój neuron motoryczny, a każdy neuron motoryczny aktywuje od kilkudziesięciu do kilku tysięcy włókien. Konkretna liczba, oczywiście, jest określona genetycznie, aczkolwiek jest tu kilka zasad – np taka, że im bardziej precyzyjne ruchy dany mięsień kontroluje, tym jest gęściej unerwiony. Np. Mięśnie kontrolujące palce są unerwione bardzo gęsto, literatura twierdzi 10-100 włókien na neuron, podczas gdy taki biceps posiada ok 750 włókien na neuron motoryczny ( plus/minus pincet, bo genetyka ).

Tak na marginesie, stopień unerwienia zależy także od rodzaju włókna. Wolno-kurczliwe są gęściej unerwione niż szybko-kurczliwe. To jak bardzo, to oczywiście kwestia genetyki.

Dość sporo tutaj tej genetyki...

Do czego zmierzam. To w jaki sposób – konkretnie, jak szybko i jak długo i z jaką siłą można machać giczołami jest określone genetycznie i mamy na to stosunkowo niewielki wpływ. Ludzie z skłonnością do kręcenia wolniejszego będą kręcić wolniej, i vice versa.

Konfiguracja rodzajów włókien, ich unerwienia oraz wszelakich zależności metaboliczny z tym związanych decyduje również o tzw 'talencie' do kolarstwa. Niektórzy będą mieli skłonność do wysiłku długotrwałego, ale umiarkowanego ( te umiarkowane FTP 350W ), niektórzy do krótkiego ale bardzo intensywnego. Oczywiście istnieje także grupa tych którzy talentu nie mają wcale.

Oczywiście, eksploatując naturalną elastyczność naszego ciała mamy pewien wpływ na to jak układ mięśniowy działa, więc i pośrednio na kadencję, ale w ostateczności – nowych czwórgłowych i neuronów motorycznych sobie nie wyhodujemy.

Jeszcze.

Wracając do kwestii – jak to jest, że mięsień potrzebuje jednej do trzech minut na szybką regenerację, a możemy kręcić kilka godzin?

Odpowiedź jest prosta. Większość mięśnia podczas skurczu tak naprawdę nie pracuje, tylko odpoczywa. System nerwowy zarządza mięśniem w taki sposób, że przełącza poszczególne włókna, dając innym czas na regenerację. Im więcej siły żądamy od mięśnia, tym więcej włókien mięsień musi zatrudnić oraz tym szybciej odczuwamy ból związany z przemęczeniem mięśnia. Ostatecznie, sprintować można bardzo krótko. Podobnie jak na siłowni przy pewnym obciążeniu możemy wykonać np. trzy powtórzenia danego ćwiczenia i nie więcej przez wiele godzin.

Reasumując, skład jakościowy wkładki mięsnej określa w dużej mierze jak rzeczona tkanka mięsna będzie pracować. Stąd możemy wnioskować, że to z jaką kadencją przyjdzie nam jeździć jest również stosunkowo stałe. Mamy oczywiście pewien wpływ treningiem, ale Ci którzy mają tendencję do kręcenia powoli, nie przestawią się na tempo dwukrotnie szybsze.

I nie powinni, gdyż najwyższą moc, czyli to na czym kolarzowi o zacięciu sportowym zależy, generuje się w stosunkowo wąskich widełkach, które to widełki określone są przez fizjologię układu mięśniowo-nerwowego danego człowieka. Wtłaczanie się w inne ramy przyniesie jedynie negatywne skutki.

Jak to sprawdzić – spróbujcie kręcić z kadencją 30% szybszą niż normalnie. Wystarczy do tego zmienić przełożenie na te 30% niższe – czyli zamiast np 42/16 przerzucamy na 42/20 i staramy się utrzymać tempo.

Strzelam, że jest to teraz dużo trudniejsze :)

Identyczny eksperyment można przeprowadzić w kierunku wolniejszej kadencji.

Oczywiście, jest do obrony teza, iż kręcenie wolniej/szybciej w kwestiach absolutnych przyniesie jakieś treningowe korzyści i powinno się trenować w kierunku tej wyższej/niższej kadencji. Niestety, nie oszukamy tutaj fizjologii – co z tego, że np kręcenie 100 obr/min "szybciej wypłukuje kwas mlekowy" jeżeli kręcenie z tą kadencją oznacza niższą generowaną moc? Znowóż – fizjologia ma tutaj priorytet, gdyż po prostu jest czynnikiem którego nie da się obejść.

Fizjologia swoją drogą, ale czy to wszystko? Otóż nie.

Wpływ na ostateczną kadencję kolarza ma również inercja oraz rozmiary jego układu ruchu – tzn – w naszym przypadku, długości kości nóg oraz długości korby. Z których to wpływ tak naprawdę mamy tylko na długość korby.

Można to wytłumaczyć w dość obrazowy sposób.

Wystawcie dłoń przed siebie, spróbujcie nią przesuwać w powietrzu na boki – tak ze 20cm. Spróbuj teraz robić to coraz szybciej. W pewnym momencie da zauważysz, że im szybciej to robicie, tym krótszy jest ruch dłonią, aż w pewnym momencie, dalsze przyśpieszanie jest już niemożliwe.

Ten skrót ruchu wynika tylko z tego, że ręka posiada masę którą wprawiamy w ruch. Im niższa masa, tym dłużej można ten ruch utrzymać – zresztą spróbujcie te ćwiczenie wykonać z np 1kg obciążeniem.

Skoro długość kończyn ma wpływ na kadencję, to można by wnioskować, iż patrząc na wzrost ludzia powinno się dać określić czy dany ludź będzie kręcić szybciej czy wolniej. I w pewnych granicach można tak rzeczywiście zrobić. Z tym zastrzeżeniem, iż wciąż dominującą długością korby jest 170-175mm, co stanowi wielki wyrównywacz tej kwestii. Dzieje się tak dlatego, iż długość korby stanowi trzeci element systemu dźwigni przenoszących napęd w rowerze.

Im krótsza korba, z tym wyższą kadencją będziemy kręcić – gdyż długość korby decyduje o długości ruchu nóg.

Tak – dokładnie do tego wniosku potrzebne było przeprowadzenie eksperymentu powyżej.

Ponieważ długość korby decyduje o zakresie ruchu, jej zmiana jest kompensowana zmianami ostatecznej kadencji. Krótka korba – większa kadencja przy zachowaniu wszystkich fizjologicznych ograniczeń. Ludzki organizm ( na potrzeby tego artykułu uznaję się za człowieka ) jest niezwykle elastyczny pod tym względem. Sam testowałem korby od 152 do 180mm i na żadnej nie było odczuwalnego spadku mocy po skompensowaniu długości korby odpowiednimi przełożeniami – zgodnie z zasadą – krótsze korby, niższe przełożenia.

Drzewiej, prawdziwi mężczyźni na ich stalowych maszynach jechali z łydy na korbie 52/42 i 'kasecie' 14-24 i dawali radę. Abstrahując dlaczego mieli taki napęd, wykształciła się wokół tego kultura jazdy na twardych przełożeniach, której pokłosie do dzisiaj pokutuje, zwłaszcza w kulturze szosowej. Dopiero powolny wzrost liczby zębatek na kasecie, dzisiaj już 11, z tuzinem na horyzoncie, połączony z wyczynami Lance'a w TdF pokazał, iż jazda na twardych przełożeniach niekoniecznie jest najbardziej efektywna.

Dlaczego zatem powoli kult darcia z blatu powoli zmienia się w kult kręcenia helikopterowo?

Wróćmy do porównania z silnikiem.

Załóżmy roboczo, że wszystkie silniki mają tę samą sprawność. Wtedy, spalając tę samą ilość paliwa, uzyskamy tę samą moc. Aby zaś uzyskać stały wolumen spalania inżynier stoi przed tym samym problemem – obroty lub pojemność skokowa. Im wyższe obroty silnik może osiągać, tym mniejsza musi być jego pojemność skokowa aby uzyskać ten sam wolumen spalonego paliwa.

Ale, nie mamy dowolności w doborze tych parametrów, inaczej byłoby możliwe uzyskanie 1000 kW z silnika o pojemności 1cm^3. Wystarczyłoby osiągnąć kilkaset tysięcy obrotów na minutę i podłączyć odpowiedni reduktor. Techniczne ograniczenia jednak nie pozwalają na takie kombinacje. W efekcie typowy silnik spalinowy działa z obrotami od kilkuset, dla dużych silników diesla, do kilkunastu tysięcy w silnikach motocyklowych.

Układ motoryczny człowieka wyewoluował tak, abyśmy mogli poruszać się z prędkościami do ~40km/h, przy czym przeciętną jest jakieś 5-7km/h. Na rowerze przekształca się to w zakres kadencji z okolic 50 do 100. Przy czym większość z nas kręci gdzieś w okolicach 80 obr/min.

Swoją drogą, szukałem danych na ten temat, ale niewiele znalazłem :/ Ale możemy wstępnie założyć, że jakieś 90% rowerzystów mieści się w widełkach 60-90 obr/min. Z tendencją do kręcenia wolniej na podjazdach.

Trzymając się analogii silnikowej, oraz wiedząc jak organizm zarządza włóknami mięśniowymi możemy wnioskować, iż z im większą kadencją kręcimy, tym mniejszy procent mięśnia będzie męczony. W końcu – obroty versus objętość skokowa. Mniej mięśnia produkującego waty to dla kolarza-sportowca wspaniałe wieści, bo oznacza, że może odchudzić się o te kilka kilo.

Co więcej – duże obroty w silniku oznaczają mniejszy moment obrotowy, co przekłada się na mniejsze obciążenie wału korbowego "per obrót". Podobnie na rowerze, większa kadencja oznacza mniejsze obciążenie kolan.

Ograniczeniem z góry jest inercja całego układu – im szybciej wał silnika ma się kręcić, tym musi być mniejszy. Podobnie na rowerze, przy czym rozmiaru nóg sobie nie zmniejszymy.

Patrząc od tej strony nic tylko śrubować obroty.

No więc sugeruję wrócić do początku artykułu :) czyli do rozważań z pogranicza medycyny i internetowego bredzenia.

Z treningowego punktu widzenia dążenie do zwiększenia swojej kadencji jest pożądane. Trzeba mieć jednak na uwadze, iż to co ile to jest 'duża' kadencja zależy od człowieka. Dla jednego będzie to 60, dla drugiego 120.

Reasumując, czyli wersja dla niecierpliwych.

Kadencja to prędkość kręcenia korbami.

Kadencja z którą mamy skłonność do jazdy jest uwarunkowana składem i sposobem pracy mięśni oraz takimi rzeczami jak wzrost. Można trenować w kierunku zwiększenia/zmniejszenia tejże kadencji, ale nie spodziewajmy się wielkich zmian. Odrobiną hakerstwa – w postaci długości korby – można zmienić kadencję, w pewnych granicach.

Zwiększanie tempa kręcenia jest pożądane, ale zawsze trzeba mieć pod rozwagą swoje uwarunkowania genetyczne.

Ostatecznie zaś – znajomość swojego preferowanego tempa kręcenia korbami na dramatyczny wpływ na dobór przełożeń w rowerze.