一直以來自行車選手和滑冰選手，不斷透過改變服裝、更換輪組、車架、調整身體姿勢等，來破解「風」對速度的影響，跑步也是一樣。當跑者遇到逆風或是明顯的側風時，會利用破風隊形或是花更多力氣去完成比賽，但往往會因為消耗過多體力，反而讓後段的表現下降。因此，目前許多跑者、教練及科學家，都希望能夠找出解決方案以優化比賽表現。
目前在跑界已經有一些對於風的突破，第一個例子就是 Stryd 的出現，他可以即時地測量並顯示在你的手錶螢幕上，讓你當下就知道該減速而不是苦苦硬撐。
另一個例子，就是相當有名的 INEOS 1:59 Challenge，俗稱「破 2 計畫」。Eliud Kipchoge 透過科學團隊的量身打造，過程中的隊形都是經過精心計算，並且在 41 名菁英跑者所組成的配速團輪流的配速下（5 個配速團+ 6 名預備配速員），實現了馬拉松 1 小時 59 分 40 秒的輝煌成績。
以下我們會用公式來計算風速與風對跑步速度的影響有多大。以本文作者 Hans 為範例：體重 58 公斤，5 公里最佳是 18 分鐘。
理論
在《The Secret of Running》一書中，不少的章節都有討論風阻功率的理論。根據物理基本定律，克服風阻所需的功率公式為下圖
風阻功率 Air Power = Pa (W)
空氣密度 = ρ (kg/m3)
空氣阻力係數 = CdA (m2)
跑步速度 = V (m/s)
風速 = Vw (m/s)
下圖為風阻功率與跑步速度的函數 v 在標準條件（無風）下（溫度 20℃，空氣壓力 1013 mbar，所以 ρ = 1.205 公斤/米3，CdA =0.24米2， Vw = 0 m/s）產生的結果。
首先，假設 Hans 在無風的理想條件下跑了 18 分鐘（Vw = 0）。
Hans 的跑步速度 ＝ 5000 公尺 / 18 分鐘 / 60 秒 = 4.63 m/s 。
套入風阻功率的公式，等於風阻功率有 14 瓦。
（Pa ＝0.5 * 1.205*0.24*(4.63+0)2*4.63 = 14 W）
他的跑步功率（Pr） 等於 263 瓦。
（4.63 * 58 公斤 * 0.98 (ECOR 焦耳/公斤）= 263 W）
263 W + 14 W = 277 W
*ECOR = 跑步能量成本 (Energy cost of Running)意思為克服跑步阻力所需的功率除以跑步的速度 ＝ 0.98 kJ/kg/km
風對風阻功率的影響有多大？
計算出 Hans 的跑步功率及風組功率後，我們也計算了不同風速，包含 2、8 和 16 m/s（強度為 7 蒲福氏風級）以及逆風和順風的風阻功率，看看究竟有多大影響。
從上圖可以看到，逆風時（橘色點）從 14 瓦增加到 131 瓦，131 幾乎已經是 Hans 總功率的一半，而在順風時從 14 瓦降低到 -86 瓦（負值表示風有幫助到他前進）。
對 5 公里的完賽時間有什麼影響嗎？
我們已經根據功率平衡計算：Pt（總功率） = Pa （風阻功率）+Pr（跑步功率）。 我們看到 Hans 的總功率是 277 瓦。 因此，他的跑步功率隨著風阻功率的增加（逆風）而減小，反之，隨著風阻功率的減小（順風），跑步功率便會增加。由此產生的總功率如下圖所示。
跑步功率在逆風中明顯降低（從 263 瓦到 146 瓦），在順風中增加（從 263 瓦到 363 瓦）。當然這對跑步速度有很大的影響，可以用跑步速度公式 v = Pr /58/0.98 來確定。
最後，我們用 t = 5000/v 從跑步速度來計算 5 公里完賽時間（以秒為單位），計算出 5 公里受到風的影響如下：
在 16 m/s 的逆風下，5 公里完賽時間從 18 分鐘增加到超過 32 分，在 16 m/s 的順風下，比賽時間從 18 分鐘縮短到 13 分鐘多一點！如果我們能以 16 m/s 的順風進行比賽，應該可以很容易就破 PB...
那麼側風的影響有多大呢？
再怎麼厲害的場地，一定也不可能一直逆風或一直順風。因此，觀察側風也很重要的，在這種情況下公式變得更加複雜，因為我們必須使用風向和跑步方向（稱為：視風）的向量進行計算，每個角度都要精準掌握。經過計算結果為 6 階多項式。讀者 Arno Baels 製作了一個表格來計算這個。在下表中，我們顯示了 16 m/s 風速和各種風向（角度）的結果。
上圖清楚的顯示在七級風速下，影響是非常可觀的。 風阻功率在不同角度的側風下，對於 5 公里完賽時間也是有非常大的影響！
假設一場 5 公里的比賽我們受到這樣的風阻影響：
1 公里逆風
1 公里側風（45 度）
1 公里側風（90 度）
1 公里側風（135 度）
1 公里的順風，這樣總時間將會變成 21 分多，因此比無風時慢 3 分多鐘呢。
Strdy 幫你解決了以上的問題！
上述的計算，驗證了風阻功率的 Stryd 如何計算出風。 在強風下，風阻功率將上升，來影響您的跑步功率以降低你的速度。 以 Hans 來說，使用 Stryd 他的總功率一直保持在 277 瓦。因此，他的配速會隨著風阻自動上下移動，不必擔心功率過低或過高。
Comments