2018年6月22日 星期五

慣性;輪子的慣性好,平路才好維持?

這是小索最常聽到的一句話:老板我要一個慣性好的輪子,我要跑平路用的
每次聽到這個,小索就要想想怎麼跟車友解釋

Google一下,什麼是慣性:
慣性(英語:inertia)是物體抵抗其運動狀態被改變的性質。物體的慣性可以用其質量來衡量,質量越大,慣性也越大

因為抵抗其運動狀態被改變,所以往往被解讀成慣性大()的輪子,平路速度好維持,真的如此

假設今天一台車上載了許多貨物,那跑起來會更省油嗎?這是沒可能的吧!
可以想像油耗等同於體力的消耗,移動更重的物體實則是更耗力

那到底一個重的輪子會有怎樣的效果?
大家都知道牛頓第二運動定律
F=ma
m:物體的質量
a:加速度
F:施與物體的力,  有正有負
在單車上正向力就是透過踩踏板施與輪子轉動的力,負的就是風阻,滾動阻力...

這式子告訴我們,當施與一樣大小的力,質量愈大的物體加速度愈慢
重的輪子在持續踩踏板時,速度上升的比較慢;踏板不踩時,速度掉的也比較慢

輕的輪子起步很輕腳

這就是所謂慣性:物體抵抗其運動狀態被改變的性質


那回到我們的主題,平路好維持的輪子

之前的式子告訴我們,慣性大()的輪子影響的是加速跟減速的時間
但並不影響到物體移動時最終的穩定速度

人施力與踏板,產生一股向前的力道,但會伴隨著一些阻力(風阻、滾阻、傳動系統的內阻…)
當前進的力與阻力和為"零",就會達到最終的穩定速度
牛頓第一運動定律(即慣性定律)
若物體不受外力(或合力為零時),則靜者恆靜,動者恆作等速度直線運動


那什麼輪子才能讓我平路最省力?這句話實則已經點出重點,就是阻力最低的輪子
看到阻力最低,是否老板們高潮了?快來改裝陶瓷培林,轉起來好滑好順
陶瓷培林對省力有限,zipp說過 50km/h 0.8w……顯然這不是個聰明的投資

再想想,是什麼影響我們平路騎不快的原因??第一大的阻力源:風阻
所以平路好維持的輪子第一個重點是要能有更低風阻

這邊小索引用國外的風洞測試結果,同一支車架只差輪子 MAVIC Ksyrium Elite : ZIPP 404
既然是測試,那條件就需先確認:風速45km/h,角度-20~+20°,只有下半身+車而且機械腿還會踩踏板
示意圖

差異如上圖,依不同風的角度:1-20W

低風阻板輪在側風下會有更低的功耗(圖中約在-14度)
當然,上圖測試的條件是在時速45km下……若是正常點時速30km,能讓我們能省多少力?
~0.3-5.9W

平路第二大的阻力源:胎的滾動阻力
當然條件要先說清楚:時速是29km/h,單輪的負重42.5kg測試的條件近可能貼近現實
很多人都會忽略胎的滾動阻力,但事實上這個值落差極大,上圖比較同一廠牌外胎(schwalbe)的差異

Schwalbe pro one : Lugano = 11w : 21.9w

若是(車+人)85kg,裝這兩條胎,在時速29km下功耗差距將會是驚人的:21.8w


馬牌 GP4000 SII跟 Gatorskin的差異,單輪 7.1W,兩輪差14.2W