公路車速度快的原因？ - 單車

※ 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

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