Výkon ve wattech: na kole měřený, při běhu odhadovaný
Když dvaatřicet běžců absolvovalo obyčejný stupňovaný test, souhlasil údaj o výkonu se spotřebou kyslíku téměř dokonale. Jakmile ale výzkumníci nechali tytéž běžce záměrně změnit techniku, tedy zrychlit a zpomalit kadenci nebo běžet bez práce paží, vztah se rozpadl. To je celý problém běžeckých wattů v jedné větě. Veličina sleduje hlavně rychlost, ne to, kolik vás běh stojí. V cyklistice je situace úplně jiná, protože tam se výkon skutečně měří.
Ve zkratce
- Cyklistický měřič měří moment síly a otáčky, watt je jejich součin.
- Deklarovaná přesnost bývá kolem jednoho procenta, ověřená spíš dvě až tři.
- Teplota je největší tichý zdroj chyby, u přístrojů bez kompenzace až osm procent.
- Běžecký watt se neměří, odhaduje se, protože tělo není tuhé těleso.
- Každý výrobce počítá jinou veličinu se stejnou jednotkou a algoritmy nezveřejňuje.
- Kritický výkon má vědeckou oporu, FTP je pojem z knihy, který nezávislé studie z větší části nepotvrdily.
Jak měřič na kole doopravdy pracuje
Přístroj nepočítá watty, počítá dvě jiné věci. Měří moment síly, tedy jak silně noha kroutí klikou, a úhlovou rychlost, tedy jak rychle se kliky točí. Výkon je jejich součin.
Moment se získává z nepatrné deformace kovu. Na součástku jsou nalepené tenzometry, které při ohybu mění elektrický odpor, a můstek ten rozdíl zesílí. Protože noha netlačí po celé otáčce stejně, vzorkuje se mnohokrát za otáčku a číslo na displeji je průměr, ne okamžitá hodnota.
Na místě měření záleží
Měřič může sedět v klice, v pedálech, na pavouku, v ose středu nebo v náboji zadního kola. Náboj měří až za řetězem, takže hlásí méně než klika, a rozdíl odpovídá ztrátám v převodu. Starší měření účinnosti řetězu dávají šestadevadesát až osmadevadesát procent v pásmu padesáti až dvou set wattů, ale to platí pro čistý a napnutý převod, ne obecně.
Ošemetnější je jednostranné měření. Levostranná klika naměří jednu nohu a výsledek zdvojnásobí. Ve validaci proti referenčnímu systému vyšel takový přístroj ve stoje o 4,4 procenta níž, protože symetrie nohou se mění s kadencí, zátěží i únavou. Chyba tedy není konstantní a nedá se jednoduše odečíst.
Deklarovaná a ověřená přesnost
Výrobci uvádějí typicky jedno až jedno a půl procenta, zpravidla bez podmínek, za kterých to má platit. Ověřená čísla z validačních prací jsou horší.
| Co se zkoumalo | Zjištěná odchylka |
|---|---|
| Tovární kalibrace dvou referenčních systémů | 2,3 % a minus 2,5 % proti kalibrované referenci |
| Vliv teploty u přístrojů bez kompenzace | 5,2 % a 8,4 % |
| Pedálový systém proti referenci | podhodnocení o 1 až 3 %, při vibracích až 4 % |
| Krátký sprint na lehký převod | rozdíl až 36,9 % u jednoho z porovnávaných systémů |
| Souhrn běžných systémů v pásmu 150 až 350 W | plus minus 2 až 3 % |
Nad zhruba šest set padesát wattů se shoda zhoršuje u všech. Praktický závěr je jednoduchý: čísla ze dvou různých měřičů se porovnávat nedají, a to ani u dvou kusů téhož modelu. Sledovat jde vývoj na jednom přístroji.
Proč se nuluje venku
Se změnou teploty se nosič tenzometru roztahuje, tenzometr se mírně ohne a nula se posune. Odtud těch pět až osm procent u starších přístrojů. Vynulování před jízdou proto patří až po zahřátí sestavy na venkovní teplotu, s nohou mimo pedál. Není to kalibrace, jen srovnání nulového bodu. Skutečnou kalibrační konstantu nastavuje výrobce a ověřuje se staticky zavěšením známého závaží na vodorovnou kliku.
Běžecký watt je odhad, ne měření
Tady je jádro celé věci. Systematický přehled o běžeckém výkonu formuluje důvod přímo: lidské tělo není tuhé těleso, a proto běžecký výkon nelze měřit tenzometry. V cyklistice měření funguje jen proto, že síla prochází přesně definovanými místy, tedy pedálem, klikou, řetězem a nábojem. Při běhu žádné takové místo není.
Běžecký výkon se proto odhaduje z akcelerometrů, gyroskopů a inerciálních jednotek. Odhad potřebuje model, a model potřebuje předpoklady.
Předpoklady určují výsledek
Že to není nový problém, ukázala práce z roku 1983 na jednatřiceti trénovaných běžcích. Autoři spočítali mechanický výkon při běhu a doložili, že jeho velikost velmi silně závisí na přijatých předpokladech: jestli se připouští přenos energie mezi segmenty těla, jak se zachází se zápornou prací, kolik se přisoudí pružnému uložení energie a jaký filtr se použije. Mechanický výkon při běhu tedy není jedno číslo už čtyřicet let.
Přidávají se k tomu tři fyzikální komplikace. Až polovina energie potřebné pro každý krok se uvolní z pružné energie uložené v Achillově šlaše a dalších tkáních, a kolik přesně u konkrétního člověka, se mimo laboratoř nezjistí. Brzdicí fáze dokroku stojí energii, ale do kladného mechanického výkonu nevstupuje. A především: zatímco u cyklistiky zůstává poměr mechanického výkonu a spotřeby energie stálý i při změně podmínek, u běhu ne.
Každá značka počítá něco jiného
Situaci zhoršuje, že za stejnou jednotkou stojí různé definice.
| Přístup | Co se počítá | Zveřejněný postup |
|---|---|---|
| Nožní snímač s vlastním modelem | výstup laděný na vztah k metabolické zátěži | ne |
| Hodinky počítající mechanicky | změna mechanické energie těžiště za krokový cyklus | definice ano, algoritmus ne |
| Snímač podle staršího modelu | odhad z rychlosti, frekvence kroku, hmotnosti, výšky, sklonu a větru | model dostupný, recenzovaná publikace nedoložena |
| Hodinky s nezveřejněnou metodou | neuvedeno | ne |
Mechanická změna energie těžiště a metabolická náročnost jsou dvě různé veličiny. Když je dva výrobci pojmenují stejně a obě vyjádří ve wattech, dostane uživatel dvě čísla, která spolu nesouvisejí. Norma, konsenzuální stanovisko odborné společnosti ani společná definice mezi výrobci neexistuje.
Co ukázaly validační studie
Nálezy vypadají na první pohled rozporně a stojí za to jim rozumět.
Práce se třinácti rekreačními a jedenácti elitními běžci našla mezi výkonem a spotřebou kyslíku korelaci pouhých 0,29, a při oddělené analýze obou skupin byl vztah neprůkazný. Naproti tomu srovnání pěti systémů na dvanácti trénovaných mužích ukázalo u nejlepšího z nich vztah ke spotřebě kyslíku od 0,911 a velmi dobrou opakovatelnost, zatímco jiný systém venku vykazoval variační koeficient přes čtrnáct procent.
Rozpor to není, je to jiné uspořádání pokusu. Vysvětlení dodala práce zmíněná v úvodu: korelace drží, dokud se mění jen rychlost, a padá, jakmile se změní ekonomika běhu. Běžecký watt tedy koreluje především s rychlostí. Autoři té studie nožní výkonové senzory pro řízení tréninku nedoporučují.
Doplňuje to pokus se šesti běžci, který proti siloměrným deskám zjistil výrazné podhodnocení rostoucí s rychlostí. Veličina tedy není ani mechanickým výkonem v přesném smyslu.
Kopce a vítr, kde se značky rozcházejí nejvíc
Energetická cena běhu se sklonem nemění jednoduše. Měření na deseti běžcích dalo na rovině 3,40 joulu na kilogram a metr, při prudkém stoupání 18,93, minimum 1,73 při mírném klesání a při prudkém klesání zase 3,92. Vztah je tedy nemonotónní a žádný jednoduchý výkonový model ho nepokryje. Jak se stoupání dávkuje v praxi, popisuje text o tréninku v kopcích.
U větru je to podobné. Spotřeba kyslíku roste s druhou mocninou rychlosti vzduchu, odpor tvoří na středních tratích zhruba sedm a půl procenta energetické ceny a ve sprintu třináct. Jeden výrobce vítr vůbec neměří, jiný ho bere z předpovědi počasí a další má vlastní senzor, u kterého přehled uvádí spolehlivé hlášení relativní rychlosti vzduchu jen pod čtyři kilometry v hodině.
FTP, kritický výkon a firemní zkratky
Kolem wattů vyrostl slovník, ve kterém se míchají pojmy z fyziologie s produkty jedné platformy.
Funkční prahový výkon pochází z knihy vydané v roce 2006, ne z recenzovaného časopisu. Definuje se jako nejvyšší výkon udržitelný zhruba hodinu. Dvacetiminutový test s odečtením pěti procent je jen protokol, a recenzovanou oporu pro samotný koeficient se dohledat nepodařilo.
Nezávislé studie tu definici z větší části nepotvrdily. Doba do selhání na této hodnotě vyšla 33,7 minuty, tedy zhruba půl hodiny místo hodiny. Maximální setrvalý stav laktátu leží na 93,1 procenta té hodnoty, tedy pod ní. Korelace s prahovými veličinami bývá silná, ale meze shody sahají k devíti procentům a v jedné práci k rozpětí dvaapadesáti wattů. Co přesně je setrvalý stav laktátu a proč se tak těžko určuje, rozebírá text o laktátovém prahu.
Co naopak oporu má
Kritický výkon popsali fyziologové už v roce 1965 jako sklon vztahu mezi výkonem a dobou do vyčerpání. Konsenzuální přehled z roku 2016 ho definuje jako nejvyšší výkon, při kterém se metabolické prostředí ve svalu nerozvrací postupně dál. K tomu patří zásoba práce, kterou lze nad touto hranicí vykonat, vyjádřená v kilojoulech.
Zkratky pro normalizovaný výkon, intenzitní faktor a tréninkové skóre jsou naproti tomu metriky jedné platformy. Normalizovaný výkon se počítá ze třicetisekundového klouzavého průměru umocněného na čtvrtou, aby krátké špičky vážily víc. Kritický pohled na celý koncept tréninkové zátěže upozorňuje, že jako míra dávky tréninku nikdy validovaná nebyla a že většina těchto metrik vznikla mimo vědu. Existuje i protinázor, takže spor není uzavřený.
Proč watt a tep nejsou konkurenti
Tep reaguje na skokovou změnu zátěže se zpožděním. Naměřená časová konstanta je zhruba 57,6 sekundy, takže ustálení trvá dvě až tři minuty. Watt se mění v okamžiku šlápnutí. Proto výkon pomáhá tam, kde se zátěž mění rychleji, než stihne tep zareagovat: v krátkých intervalech, na krátkých kopcích, v protivětru, při rozjezdu závodu.
Tep má zase informaci, kterou watt nemá. Při stejném výkonu roste s délkou zátěže, v jednom měření klesl mezi patnáctou a pětapadesátou minutou tepový objem o třináct procent a tep stoupl o jedenáct. Vzestup vnitřní teploty o jeden stupeň Celsia přidá zhruba sedm tepů za minutu. Watt o horku, dehydrataci, nemoci ani nevyspání neví nic.
Rámec, který to srovnává, rozlišuje vnější a vnitřní zátěž. Vnější je fyzikálně měřitelná práce, tedy watty, kilometry a tempo. Vnitřní je odpověď organismu, a teprve ta určuje adaptaci. Watt a tep tedy nejsou náhradníci, jsou to dva různé články téhož řetězce. K třetímu článku, tedy k tomu, jak na zátěž reaguje zotavení, se dá přiblížit sledováním variability srdeční frekvence.
Rozpojení výkonu a tepu
Populární ukazatel porovnává poměr výkonu a tepu v první a druhé polovině vytrvalého úseku, přičemž za hranici se považuje pět procent. Jev pod tím, tedy vzestup tepu při stálém výkonu, doložený je. Recenzovanou oporu pro samotný pětiprocentní práh se ale najít nepodařilo. Je to trenérská konvence, ne ověřená fyziologická hranice.
Sedm tvrzení o wattech, která neobstojí
- Watt je objektivní číslo nezávislé na přístroji. Souhrn běžných systémů dává v pásmu 150 až 350 W rozptyl dvě až tři procenta.
- Výkon z náboje a z kliky je totéž. Náboj měří až za řetězem a hlásí méně.
- Jednostranné měření stačí, protože nohy jsou symetrické. Symetrie se mění s kadencí, zátěží i únavou.
- Vynulovat se dá kdykoli. Teplota posouvá nulu, u přístrojů bez kompenzace až o osm procent.
- Běžecký watt je měřená veličina. Je to odhad z pohybových senzorů a jeho hodnota závisí na přijatých předpokladech.
- Běžecké watty ukazují, jak moc mě běh stojí. Při záměrné změně ekonomiky běhu se vztah ke spotřebě kyslíku rozpadl.
- Prahový výkon je hodinový výkon. Doba do selhání na něm vyšla 33,7 minuty.
Jak s tím pracovat
Na kole dává výkon smysl jako hlavní vodítko, pokud zůstane u jednoho přístroje, pravidelně se nuluje venku a člověk nečeká přenositelnost čísel mezi koly a trenažéry. Prahovou hodnotu má smysl brát jako kotvu pro zóny, ne jako fyziologickou hranici.
Při běhu je poctivější brát watty jako doplňkový ukazatel rovnoměrnosti v terénu, kde tempo klame. Jako náhrada tempa na rovině nepřinášejí nic navíc a jako míra vnitřní zátěže nejsou doložené. Kdo hledá, který z údajů na zápěstí co znamená, najde přehled v textu o metrikách běžeckých hodinek.
Časté otázky
Jak měřič výkonu na kole funguje?
Měří moment síly pomocí tenzometrů nalepených na kovovou součástku a zároveň úhlovou rychlost otáčení. Výkon je součin obojího. Protože noha netlačí po celé otáčce stejně, vzorkuje se mnohokrát za otáčku a zobrazuje se průměr.
Jak přesné měřiče jsou?
Výrobci deklarují typicky jedno až jedno a půl procenta. Souhrn validačních prací uvádí u běžných systémů plus minus dvě až tři procenta v pásmu sto padesáti až tří set padesáti wattů, přičemž nad zhruba šest set padesát wattů se shoda zhoršuje.
Proč mám nulovat venku?
Protože se s teplotou roztahuje nosič tenzometru a posouvá se nulový bod. U přístrojů bez teplotní kompenzace naměřili výzkumníci kvůli tomu odchylku pět až osm procent.
Měří hodinky opravdu běžecký výkon?
Neměří, odhadují ho. Systematický přehled uvádí jako důvod, že lidské tělo není tuhé těleso a tenzometry na něm výkon změřit nelze. Hodnota se dopočítává z pohybových senzorů podle modelu, který si každý výrobce staví sám.
Proč mi dva přístroje ukazují jiné watty?
Protože počítají různé veličiny. Jeden definuje výstup mechanicky jako změnu energie těžiště, druhý ho ladí na vztah k metabolické zátěži. Žádná norma ani společná definice neexistuje a algoritmy nejsou zveřejněné.
Ukazuje běžecký watt námahu lépe než tempo?
Doloženo to není. Při běžném stupňovaném testu je korelace se spotřebou kyslíku vysoká, ale jakmile se záměrně změní kadence nebo práce paží, vztah se rozpadne. Veličina tedy sleduje hlavně rychlost.
Platí, že prahový výkon vydržím hodinu?
Většinou ne. Měřená doba do selhání na této hodnotě byla 33,7 minuty. Maximální setrvalý stav laktátu navíc leží zhruba na 93 procentech té hodnoty, tedy pod ní.
Kdy je výkon lepší vodítko než tep?
Tam, kde se zátěž mění rychleji, než stihne tep zareagovat. Časová konstanta odezvy tepu je zhruba 57,6 sekundy, takže v krátkých intervalech, na krátkých kopcích a při rozjezdu závodu je tep vždy pozadu.
Mohlo by vás zajímat
- Jak stavět tvrdé úseky a jak dlouhé pauzy volit, popisuje text o intervalovém tréninku.
- Proč se frekvence kroku počítá mezi měřené, a ne dopočítané údaje, rozebírá článek o kadenci při běhu.
- Jak vzniká číslo maximální spotřeby kyslíku a proč se v hodinkách plete, shrnuje text o spiroergometrii.
Zdroje
Text má informativní charakter.
- Systematický přehled o platnosti cyklistických měřičů výkonu, Sensors (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
- Měření přesnosti dvou referenčních systémů a vlivu teploty, Medicine and Science in Sports and Exercise (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
- Přehled senzorů pro odhad výkonu při běhu, Sensors (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
- Model výpočtu mechanického výkonu při běhu a vliv předpokladů, Journal of Biomechanics (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
- Měření doby do selhání na prahovém výkonu, Journal of Sports Sciences (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
