f/自行车 2004-11-17 03:42

关于自行车知识的几点体会

看了不少大虾关于单车知识的介绍,猛然间有些领悟,虽然菜鸟一只,却也按捺不住,来说上几点。
1、车的重量很重要吗?
行进时,连车带人的重量对骑行的影响主要有以下两方面:
1)与地面产生磨擦阻力;
2)爬坡时产生向后的下滑力。
这些阻力都要人力去克服,那么,重量的影响具体是怎样的呢,先看磨擦阻力,它可以写成下式:F=μG,μ是轮胎与地面的磨擦系数,G是垂直于地面的压力,在平路时也就是人车总重。在数值上,二者相差很大,前者是小于1的,而且在大部分情况下小于0.5。而后者一般都是几百N。学过高等数学的都知道,改变同样的数值,μ对F的影响远比G对F的影响大。试举一例,μ=0.4,车重10Kg,算你是个苗条的家伙,50Kg吧,那么,G相当于600N。此时,要使F改变同样的数值,G的改变将是μ的改变的1500倍!(具体计算就不罗唆了)换句话说,μ对F的影响是决定性的,二者相比,G的改变对F的影响微乎其微。至于下滑力,可写成f=G.sinα,α是坡对水平面的角度,只有超过30度,sinα才会大于0.5,和上面的道理一样,坡角对f的影响才是决定性的。μ和α都是由轮胎以及具体的路面情况决定的,人是无法改变的,至于体重,除非割去几块肉,我想也不会有显著减轻。理解了上面所说的,就算你从一只用代步车的超菜鸟飞跃为大虾,车的重量减轻对你的骑行也不会有太大帮助(当然不包括你原来用的是28大坦克这些全钢的家伙,现在的一般代步车有15Kg都算是恐怖的了)。当然了,对于专业选手来说,又另当别论,尤其是在长距离竞赛中(比如环法等),重量对成绩的影响就会体现出来。所以现在专业运动员用的车重量大都是8Kg以下的,而且以有肥胖恐惧症的MM的眼光看,在环法赛中也找不出一个胖的来。
2、材料问题
关于材料知识,我记得是南霸天还是哪位大虾已作过详细的介绍,我在这量只定性地补充一下。常见的车车材料有铬钼钢、铝合金、钛合金、碳纤维等,铬钼钢的强度、弹性模量都是最高的,而且减震性能好,但密度也最大,这对追求重量的大虾来说是一个灾难。纯钛延展性很好,但本身的强度并不高,只是掺入了其它的杂质元素后才显著提高了强度,但这样它的延展性与塑性就大大下降。而且钛的密度也不算小,约是铝的1.7倍。铝合金的强度不很高,但它的密度小,塑性好。碳纤维密度最小,强度也高,但塑性差,而且相对来说性能易受环境影响。选用材料时,很多人往往以重量轻、强度高为标准,于是碳纤维成为梦中情人,但是要知道,这种材料的获得是以大把的银子付出为代价的。另外,决定车车耐用的更重要的指标是材料的抗疲劳强度,特别对越野车更是如此。而材料的塑性越好,抗疲劳破坏、抗冲击能力也越好。在这方面,铝合金的优势就了挥出来了,曾经看到碳纤维车架被撞断或长期骑行后折断的情况,但在铝合金的车架中就很少见。钛合金在强度、塑性、重量方面有独特的综合优势,不过单独在重量上与铝合金、碳纤维相比,又成了劣势。
说了一大通,总结一下:第一,对于非专业的爱好者来说,不必过分追求车车的重量;第二,没有哪一种材料是十全十美的,要根据自已的具体情况去选择。

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vaioschumi 2004-11-17 04:18

首先表扬楼主 就像以前我发的帖子别人给我的评价一样 有新的想法就是进步然后解答楼住的问题
1。车重和体重非常重要看来楼主还是学了一点物理的 你也应该知道上坡时候克服阻力做工的表达试是F=mg SINX那么楼主应该知道M的重要性了而下坡的时候没有楼主说的什么下滑力只有一个重力沿斜面向下的分力产生加速度的表达试是F=mg SINX/m=g SINX所以下坡的时候重的车子产生下坡的加速度不比轻的车子大(就向两个铁球同时落地一样)
2。楼主说的阻力的公式F=mgμ只适用于滑动摩擦而自行车除了暴死的时候其他的摩擦力都是滚动摩擦是和轴承的润滑系数有关同时也和重量有关还有楼主忽略了一个空气阻力这个也是非常关键因为阻力F=K V的平方速度越大阻力成二次方比增大 先回答楼主的第一个问题一会回答你第2个问题

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shwx 2004-11-17 04:30

有新意的帖子是一定要顶的。
物理早就忘光了,对于第1点不能详细描述,只能说些看问题的角度让大家参考:自行车的重量也影响车手对自行车的操控。因此追求轻量化不仅仅是人体输出功率的减少,而体现在运动性上。因此,基本同意您的观点:作为业余自行车爱好者对重量不必太苛求。
第2点就太复杂了,理论上当然是钛合金综合性能好。但耐用性这个指标却很少在车架上去体现,30年前的钢架民用车现在完全可以拉重货,并没有按理论上说的金属疲劳现象;您举的铝架子的例子也说明问题,许多不严格制造的6061的铝架依然可以使用。因此,这些架子是否有自愈能力就不得而知了,按照车架厂的测试数据,在短期的高频率振动下,的确使材料失去恢复,我在深圳MERIDA厂就见过这些10万次负载振动而断裂的铝车架,但测试期就集中在1-3周内,如果是1-3年内的10万次振动是否就减少车架的断裂几率呢?所以,专家、厂家在其特定条件下的测试,我们需要有保留的接受。
当然,也有专家和品牌经营者并不认为材料是决定车架性能的重要因素,他们认为设计车架的角度、形状、厚度来改善从轮胎而来的振动,美国坎东戴尔的CAAD系列自行车架就坚持使用铝来做材料,他们的设计在于管壁和加强片等方面的改进。

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孤山一叶 2004-11-17 05:19

楼主,对车的确有独特的见解!
顶一把!

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蓝鲨使者 2004-11-17 06:20

平地上的轮胎阻力其实楼主可以自己试试..

同等重量,风阻,输出功率的情况下.光头胎跟大阻力的胎速度差能达到治沙2-4公里/小时......:D

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quick OP 2004-11-17 07:06

各位的热烈捧场让本驴十分感动,由于表达能力有限,有些问题没有说得很清楚,现在再加以说明:
1、关于重量问题,我完全没有忽略车车重量的意思,只是说对于余爱好者,重要性相对来说轻一些。另外,表达式F=μG无论对于滑动摩擦还是滚动摩擦都是适用的,只不过在滚动摩擦中μ更小而已。在行进中,轮胎向前滚动,与地面接触部分对地面产生向后的作用力,反过来地面对轮胎产生向前的推力,这就是车车前进的动力,实际上,轮胎(与地面接触部分)与地面在相互作用的瞬间,仍是滑动摩擦。至于轴承的摩擦,那则是正宗的滚动摩擦,其摩擦力就更小了,几乎可以忽略不计。
2、在上坡、下坡时,重量沿坡面的分力都是f=Gsinα,就是俗称的下滑力(原谅我用了不规范的术语)。菜芯说的对,下坡时加速度与重量(或质量)无关(在理论上是这样的)。这也更说明了重量的影响程度。但在现实中,在某一高度丢下一片纸条和一块石头,那一定是石头先落下,为什么,是因为重量轻的物体受空气阻力的影响比重量大的物体大(这里面更进一步的原因以后可以再详细讨论)。我在帖子里主要讨论的是重量的不利影响,所以对下坡就没有说了。至于说风的阻力问题就没考虑在帖子里了。
为了直观地说明我的意思,举个例子,μ=0.4,G=600N,重量增加10Kg,那么G变为700N,增加的阻力是40N,相当于4Kg(克服一下小case啦),但如果μ只增加0.2,则增加的阻力是120N(12Kg)。看看哪一个的改变对F的影响更大。
3、关于南大侠提到的重量对操控性影响,我没有想到,这确实很重要。
4、菜、南两大侠这么专业,我很不好意思,以后说话要小心了,要尽量准确。感谢二位的意见。

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alpha 2004-11-17 08:49

楼主主动思考问题并共享给大家,支持

书上说:在5%的中等坡道上骑车时,每1KG的重量的减少,会使每公里的爬行快3秒。换句话说,车重减1KG,爬螳螂山的成绩可以简单提高15秒左右。

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vaioschumi 2004-11-17 09:45

再回楼主 如果你说可以使用F=μG的话是不是把水平转动惯量给忘记了呢这也就是大多数冲刺选手使用刀圈的原因 而现实中为什么纸没有石头快这个是因为纸的形状和石头形状不一样这个这些都是非常简单的高中物理的常识 还有请问楼主知道0。4的μ是什么概念吗 如果有自行车的μ是0.4的话我可以告诉你你需要换三轴了

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vaioschumi 2004-11-17 09:53

在给楼主找点毛病吧(不是和你过不去 找出你的错误认识是对你好)铝的硬度比CARBON TITANIUM都要高而且这些不可以一概而论因为这涉及合金含量和管材例如DB管 具体楼主可以找找以前的帖子做功课 而减震性好的其实CARBON TITANIUM都非常的减震不像楼主说的而比起他们来说铝更加颠簸

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凯风 2004-11-17 12:17

同意楼主的结论,的确,车子重量的减轻,在长途或者高等级比赛中才能体现出优势,作为初学者,除非完美主义者,没有必要太在意重量,而应该把重点放在结实耐用上面。

不过,车子轻了,扛着上楼的确很开心,某些时候,比赛中心理的作用也很重要;)

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alpha 凯风 2004-11-17 12:29

高等级比赛里的车子,都是差不多重的(规定车辆有最轻的底线)。反而是业余比赛里,往往车子差1,2公斤,成绩还是有影响的。按前面的公式,差1公斤的车子,爬趟梧桐山(坡度9%左右),时间大概差半分钟了。

不过作为平时训练啊什么的,重点确实无所谓,结实耐用更重要。顶多就当坡更陡点呗:P

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rc5 2004-11-17 18:14

还要考虑一点, 轮胎是会变形的, 重的车和人会让轮胎和地面接触面积更大一些, 也会增加一点阻力.

说一般练习无所谓是对的, 就好象俺跑400米跑道一般都是最外面一圈, 比最里面一圈的人要多10%的路程, 这样俺和他们并排跑30圈就锻炼比他们更厉害.

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shwx 2004-11-18 02:14

自行车减少重量的好处:
1 减少人体单位消耗功率
这个很好理解,特别是爬坡,骑车到坡顶就是将自己的体重和自行车的自重,在单位时间内提升到垂直海拔高度所做的功。要么您减肥(当然包括减少随身物品),要么减少自行车的重量,来减少体能的输出(减少做功)。
2 增加操控性
使用自行车这个运动工具不仅仅表现在蹬踏这个行为。包含跳跃(平路上的振动在微观上是跳跃)、摇车(上坡、平路冲刺)、弯道技术等,这些都不是脚的蹬踏产生的物理作用,而是人体其他器官和肌肉产生的综合结果,自行车自重轻,对于完成这些技术(提、拉、夹、卡、腾空、倾斜等)更轻松自如。
这第2点探讨的与摩擦力、惯性没有任何关系。

大致的不算严格的分类是:
第1点探讨的是静态(含运动静止、匀速)
第2点探讨的是动态

我们一探讨自行车重量首先想到的是公路车多么多么轻,实际上,公路车都比较简单比较轻,真正需要减少重量的是山地车,山地车减少重量的因素并不是第1点的能量消耗问题,而是在保证强度下的灵活的操控性。山地车在越野比赛中的提拉,压弯,摇车,比瞪踏技术重要的多。甚至某些下坡路段根本就不蹬踏或蹬踏起了平衡身体而不是产生速度的作用。在这种复杂路段下,轻的车肯定灵活性好于重的车。