作者biciuomo (Road rider)
看板bicycle
標題Re: [問題] 公路車速度快的原因?
時間Fri Jun 10 16:13:54 2005
※ 引述《biciuomo (Road rider)》之銘言:
: ※ 引述《astonic (蟑螂)》之銘言:
: : 騎公路速度快感覺似乎很爽XD
: : 請問速度之所以能那麼快的原因是因為什麼呢?
: : 騎乘低風阻?(姿勢)
: : 輪胎細?
: : 齒輪比?
: : 抱歉我對單車實在是門外漢,想請問看看,感謝:p
: 如果是在平路上以定速前進,那麼重量和速度一點關係也沒有,只有在加速和爬坡時才
: 會牽涉到車重的問題,公路車儘管可用的齒比比登山車高,但是這和效率也沒有關係,
: 公路車之所以省力、有效率,還是要歸因於低風阻和低滾動阻力。
: 風阻的差異比較容易瞭解,倒是滾動阻力的問題我想藉此說明一下供大家參考,因為常
: 常有人將滾動阻力與摩擦力混為一談,在各單車板上也少有人做深入的探討。
: 當單車的輪子靜止不動時,外胎接地面受到的作用力會指向輪子的中心,但是當車輪向
: 前滾動,在接地點前方的作用力會大於接地點後方的作用力。這個現象是來自外胎與內
: 胎受力變形時,材料的內部阻尼(hysteresis)會使得壓縮力大於回彈力。舉例來說,當
: 你壓縮一根彈簧,然後讓它回復原狀,壓縮與回彈時手掌所受到的壓力幾乎相同。但是
: 如果把彈黃換成一塊橡膠,就會發現橡膠回彈的力量比不上壓縮時所需的力量,這就是
: 橡膠內阻尼的效果。輪子向前滾動時,接地點前方受力壓縮,接地點後方則回彈,因為
: 內阻尼的關係使得前方的作用力大於後方的作用力,而合成的效果會使得合力指向後方
: ,這就是滾動阻力的來源。這個原理在大部分的靜力學教科書中都會提到,如果以P表示
: 滾動阻力,a表示滾動阻力係數,W為輪子的負載,r是輪子半徑,則P=Wa/r。由此可知
: 當人加車的重量越重時,滾動阻力越大,輪徑越大,滾動阻力越小。而a值則牽涉到胎壓
: ,胎寬,胎面厚度與胎面設計等種種因素。提高胎壓會使得接地面變小,因此接地點前
: 後長度縮短,形成的合力方向會比較接近垂直,從而降低滾動阻力。較厚的胎面以及登
: 山車外胎上的顆粒在變形時造成更多的內阻尼,加上登山車的胎壓遠低於公路車,因此
: 公路車胎的滾動阻力比登山車胎小的多。還有前面說到輪徑的因素也使得輪徑較大的公
: 路車又比登山車多了一些優勢。至於實際上滾動阻力到底會差多少呢?底下這個連結可
: 以比較一些公路車胎與登山車胎的滾動阻力測試數據:
: http://www.terrymorse.com/bike/rolres.html
: 在公路車胎的圖表中(http://www.terrymorse.com/bike/imgs/rolres.gif
: 橫軸是胎壓(1 kg/cm^2 約等於14.2 psi),縱軸是滾動阻力(公克),負載是50kg
: 有兩條曲線上面有圓圈和三角的是管胎,其他是open胎,有趣的是,管胎的表現並不是
: 非常突出,因為黏管胎用的胎膠本身也是內阻尼很大的東西哦!另外值得注意的一點是
: ,當胎壓超過8kg/cm^2(約115psi),滾動阻力下降的幅度變得很小,這可以告訴我們,
: 一味打高壓對於騎乘效率幫助不大,反而會影響操控與舒適性。
: 對照一下登山車胎的部分(http://www.terrymorse.com/bike/imgs/rolres26.jpg
: ,這張圖表胎壓的單位就是psi了,不過測試負載是30kg,所以我們將這裡的數據乘上
: 1.67再和公路車胎的數據做比較,在80psi下表現最好的登山車胎(光頭胎不算)產生
: 440g的滾動阻力,乘上1.67後是730g,而在打到一般正常100psi(7kg/cm^2)胎壓的公
: 路車胎中表現最差的(Specialized Turbo 25)則是350g左右,兩相比較之下差距非常明
: 顯!
: 滾動阻力有730g的情況下,以時速25km前進,消耗的功率就有(P=Fv)
: 25000m/hr / 3600s * 0.73kg * 9.8 N/kg = 49.7 W , 再假設人車總重80kg,就還要
: 乘上80kg/50kg,因此滾動阻力消耗了49.7*1.6=79.5 W 之多!而一般人持續的輸出功率
: 能到300W就已經很強了,可見滾動阻力對騎乘效率的影響有多大。
: 以上內容如有謬誤還請各位前輩指正,謝謝
打完才想到上面估算滾動阻力的計算過程有問題,再補充一下,請多包涵...
之前我把30kg負載的數據乘上80/30來當做80kg負載時的滾動阻力,但是我忽略了在80kg
時接地面積會增加,也就是P=Wa/r中的a值也要隨之變大才行,這樣一來80kg下的滾動阻
力就會比之前算的還要來得高...
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