CHC沒講到的"動能" -- 重的輪子慣性好，平路就好騎??

動能

首先我們來回憶一下牛頓第二運動定律：

F:力 (單位: N)

m:  質量(單位: 公斤)

a: 加速度(單位 公尺/(秒*秒) )

由這個式子我們可以看出來，當你施的力是固定時，會對一物體產生一固定的加速度

物體輕，加速度就快；物體重，加速度就慢

符合我們在自行車上的體驗：當我們換上比較重的輪子起步就慢、換上輕的輪子起步就快

或是當我們背個行李在路上騎車時，起步就比沒背行李時來的慢

功的定義

W:功 (單位: J-焦耳)

F:力 (單位: N-牛頓)

D:距離(單位: 公尺)

把兩個式子組合在一起會變為的動能的公式：

  

K:動能 (單位: J-焦耳)

m:質量 (單位: 公斤)

v:速度(單位: 公尺/秒)

這個公式的解釋是：讓質量m的物體，由靜止狀能加速到速度v，所需做的功為K

由動能的公式我們可以看出，當作的功是固定的情況下

質量愈大，加速到某定速下所要做的功就愈大；反之則愈小

所以輕量化的輪子是有一定的優勢，尤其是在速度不斷改變的騎乘中，可以讓你省下更多的力

那什麼情況下不會省到力呢？

我們想想自行車在前進時受了哪些力：

人的出力-腳踩在踏板上有前進的力道

風阻-空氣阻力是速度的平方倍，速度愈高阻力愈大

滾動阻力-輪胎在地上滾動會有磨損，因為有滾動阻力的存在

內阻-齒輪、鏈條在傳動一定沒法100%傳遞，必有損耗在，或是輪子本身的形變

位能-若是爬坡的話需要克服位能

平路最大的阻力就是風阻，而爬坡就是位能

所以我們選擇比較重的輪子是為犧牲重量去換更低的空氣阻力(比如框高變高、框也變重、但空氣阻力理論上也比較低)

而不是像一般人說的，重的輪子慣性就好，平路就好騎

若只要有慣性，平路就好騎，那背鉛塊在身上不就更有慣性，把鉛塊綁在輪上也很有慣性；實際上這麼做是沒可能更快的
若一個輪子很重，風洞測試的結果也不理想，那講白了只是練身體用的東西

轉動動能

輪子在路上前進是比較複雜點，它不僅有移動，也有在轉動；

當人的踩踏停止時，車子還是會一直滑行(輪子一直滾)，空氣阻力跟滾動阻力會不斷消耗你的動能，讓你的速度愈來愈慢

轉動動能的式子跟移動動能很類似

K:動能 (單位: J-焦耳)

I:轉動慣量 (單位：公斤/米(平方) )

ω:角速度(單位: 弧度/秒)

ω:角速度；聽起來有點陌生，若是說轉速(rpm)大家就知道了，只是公式上的轉換

60rpm=1分鐘60轉=1秒1轉= 2π(弧度/秒)=角速度ω

I:轉動慣量；跟物體質量成正比，半徑平方成正比 

不同的物體有不同的轉動慣量

輪子的組成可拆成(框+胎)、(幅條+鋁頭)、(花鼓)

三者的轉動慣量皆不同

(框+胎)的組合我們可以看成是有厚度的圓柱體

( 幅條+鋁頭)的組合我們可以看成是棒子

花鼓算是薄圓柱

咋看之下花鼓的I值是最大的，其實反而是最小的，因為r(半徑)的關係

假設

花鼓半徑0.03m

幅條長度0.3m

框加胎的組合半徑 0.315m

半徑比值原為1:10:10.5，平方下變為1 : 100 : 110.25

由這就可以看出來為何廠商在設計輪子，他們並太在乎花鼓的重量，而想辦法在框上輕量化

再來是幅條；但是幅條影響輪子整體的剛性，有經驗的廠商會很小心處理這個部份

Fulcrum的花鼓一看就知道並不輕

Vittoria的花鼓，260g，跟fulcrum的還有點像

shimano的c24,c35，鋁擠很薄 ，上carbon補強

若花鼓的設計可以改進輪子的剛性，那就要先從花鼓著手，再來是幅條、最後不行再動框

而一個輪子在路上滾動時它所具有的動能就是：兩者的總合

舉例一下，若是把1kg重量加在花鼓上，幅條上，框上會有什差異(設定時速為30km)

花鼓的半徑小幾乎可以忽略其轉動動能

加在幅條上，轉動動能就約有移動動能的3成

加在框上轉動動能就約有移動動能的9成

：

花鼓上1kg，等效於人多1kg；

幅條上1kg，等效於人多1.3kg；

輪框上1kg，等效於人多1.9kg

以最極端的條件來看框上重1kg所需的動能，最大會等效於人背1.9kg在身上

(註：實際上差異應該會更大些，因為重心分佈的關係，不過這部份要請物理老師出來解釋了)

多一些重量騎平路有什麼差嗎？好像差異並不太大

基本上是要看你的速度是否穩定，愈穩定愈沒差

忽快忽慢就會影響到加速度，重量的差異就會體現出來

像鐵人三項的比賽，或公路計時賽，因為速度很穩定，所以用高框的板輪或封閉式的碟輪降低風阻係數，達到更高的極速

反觀公路賽框高50mm剛剛好，更低也有人用，不會太重，風阻也不差；而最後10km時，大家紛紛把身上的水壺丟掉，為了就是"降低慣性 並 減低風阻"，增加加速的反應力

CHC的測試介紹到這，差不多完結了，來總結一下如何挑選好的輪子

首先該輪子需符合你體重的側向剛性，側向剛性愈高下坡愈穩

(除非你很輕，要不輪子只騎平路才不需看側向剛性)

扭轉剛性，爬坡的輪子需要高的扭轉剛性，體重愈重的人，踩踏愈不順暢的人愈需要

否則出力都用在幅條的變型上

風阻，騎平路時(最好是一出門都不用按剎車的平路)，用的輪子要有低的風阻，速度愈快影響愈大

重量，若路線是很平穩沒什麼起伏，那輪子的重量對平路影響不大

若是常常要加減速(比方停紅右燈)，速度也不快的話，寧可用輕的輪子

若路線是爬坡的話，需要克服位能所以與重量有絕對的關連，愈輕當然爬起來愈省力

(但還是要考慮到剛性，你的施力會不會被輪子的變型量給吃掉了！)

總結就是要有剛性，風阻又低，又要輕；這才稱作是全能型，我只能說有各方面在中上水平，但沒有全部都滿分的

依用途來選爬坡就選輕、有剛性的(坦白說又輕又有剛性還真的沒幾個)

平路就選風阻低，重一點沒關係

碳框在同樣的框高下就是比鋁框輕些，容易達到目標，若沒差那一滴點效能，鋁框也是不錯的

題外話一下：2013環法的17戰ITT；

最後一段下坡前都是公路車，低框，配休息把

到山頂停下來~~~~看到我還以為故障了

換車啦，變計時車，後面還碟輪

還有人幫忙推車~~~~~好樣的

上路囉