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影響自行車速度的因素分析+慣性的迷思?

CUFOX wrote:
其實一般車友口中的"...(恕刪)

怨念聚合體 wrote:
你說動量,你的樓下說...(恕刪)


兩回事兩回事
動量英文叫momentum = MV
慣性叫inertia
你們所說的慣量叫Moment of inertia, 也就是我貼出來的課文

在我貼出來的課文中
有一個例題, 是幾個物件同一時間下坡, 有箱子,有罐子, 有波
問哪個落得最快, 答案是箱子
大家都應該覺得是球體最快吧, 但為什麼是箱子呢?

其實我暗戀你整整兩個年頭 wrote:
老實說,
我騎登山車極速是出現在44配12T或13T,用11T反而弱了。
請問,這是怎麼回事?

我又認真了!


你的肌力不足以支持 44T-11T 的組合,迴轉數反而掉下來了,我猜是這樣。

偷偷告訴你,我現在也從來不用(是踩不動) 53T-13T 的組合啊,太重了,考慮換個 CT 盤。
不良歐吉桑 wrote:
偷偷告訴你,我現在也從來不用(是踩不動) 53T-13T 的組合啊 ...(恕刪)
呵呵呵!
我CT盤,11T跟12T也只是車上的裝飾品而已。

不良歐吉桑 wrote:
你的肌力不足以支持 ...(恕刪)


53-11是個神聖的組合

基本上平路用不到

使用時機再下坡 那是速度的來源

請小心使用
chansaikit wrote:
兩回事兩回事動量英文...(恕刪)


如果有幸在大學認真聽過幾堂物理課"並且勞記在心"
就會發現那些名詞定義是很嚴謹的

老實說大家都是隨便拿一個詞來就用 一用就是誤用很久...


"慣量"是"慣性質量"的簡稱 不過好像很少人這樣寫XD


剛剛去查了一下"慣性(Inertial)"的定義
發現這個字在物理上通常是指物體維持原本運動狀態的"現象"
少數時候視做物理量時並這個字沒有明確的定義
描述是"抵抗運動狀態改變的能力"
可以指"慣性質量"或"轉動慣量"(不是指動量 之前我我記錯了)

所以 "全車總質量+輪組轉動慣量" 用"慣性"二字來描述因該沒錯

但物理上通常會直接寫明確的物理量 如 "質量" "慣性質量" "角動慣量"
需要精確表明時不會用"Inertial"這個字來描述一個物理量




整理一下名詞對應:

慣性 = Inertial = 慣性質量或轉動慣量

慣性質量 = 慣量 = Inertial Mass

動量 = Momentum

轉動慣量 = 慣性矩 = Moment of inertia

角動量 = Angular momentum
chansaikit wrote:
兩回事兩回事動量英文...(恕刪)


你這個題目還少了幾個前提,就是箱子和罐子質量相同,箱子和下坡表面間無磨擦力,和無空氣阻力吧



箱子會比較快是因為箱子從下坡下滑時不會產生轉動;因為轉動的話,加速除了要供給物體本身的動能還要供給旋轉部位的動能

其實這種題目也有個問題,如果坡面是光滑無磨擦力的話,罐子在上面下滑時也不會產生旋轉,如果真的是這樣那兩者速度是會一樣的

所以要讓題目答案是箱子的話,應該是說箱子和坡面無磨擦力,罐子和坡面間則有,但兩者都沒空氣阻力兼質量相同

幫你簡化一下,這樣應該比較好懂

影響單車加速度的因素: 輸出>風阻>單車效率>質量>地面阻力
影響單車等速運動之速度的因素: 輸出>風阻>單車效率>地面阻力>質量

輸出----單車騎士的輸出功率
風阻----空氣阻力(風向、風速、空氣密度)、單車加騎士的投影面積
單車效率----單車系統的摩擦阻力、含車體剛性等對後輪最終輸出的影響
質量----單車加騎士及裝備的質量
地面阻力----主要受正向力、輪胎地面磨擦系數、輪胎接觸面積影響

以上是參考一般量產單車,以個人實際體驗所做的趨近,歡迎指教
至於坡度的話,因為牽涉到位能與動能轉換的問題,還是分開討論比較好
自爆仔 wrote:
譬如說你現在以大約40km/hr巡航時,你在功率最低的瞬間(通常是踩踏的上下死點,或者說踩踏最不好施力的部分),速度是會稍微掉下來的,也許會變成39.3或者是39.4


這個問題滿有趣的 我之前有想過

先來算算看速度會掉多少:
40km/h 90rpm
死點無法出力的行程大約是1/4圈 (90rpm就是每圈60/90=1/1.5秒)
1/4圈的的時間就是1/6秒


六分之一秒會減速多少呢?

要算出答案必須先知道阻力
公路車40km/h巡航時 大約需要300W的輸出

扣掉傳動系統的阻力5%
其他阻力大約是285W
每秒285焦耳
40km/h=11.11m/s
285焦耳/11.11m=每公尺25.65焦耳
阻力大約25.65N
假設人車總重80kg
加速度a = F/m = 0.3125
六分之一秒會減速0.052m/s = 0.18km/h
約千分之5

慣性輪和普通輪的差異:
就算輪組的等效慣性質量大約可以差到2kg
0.18km/h*(2/80)=0.0045km/h
0.0045/40=0.011%
所以慣性輪和普通輪的最低速最多差萬分之1









其實算了這麼多都是算好玩的
因為死點減速量根本不會影響均速

慣性小的車 死點減速多 但踩下的瞬間加速也比較多
且幅度會完全一樣 剛好相互抵消

而慣性大的車不但在死點問題上沒佔到便宜
遇到被迫減速的情況(急彎 紅燈) 重新加速卻要更長的時間
只有缺點沒有優點


結論:車越輕越好 慣性越小越好
CUFOX wrote:
慣性輪和普通輪的差異:
就算輪組的等效慣性質量大約可以差到2kg
0.18km/h*(2/80)=0.0045km/h
0.0045/40=0.011%
所以慣性輪和普通輪的最低速最多差萬分之1


你這邊不能這麼算喔

應該是要讓阻力去除上你"設定的總重另外加上輪子的等效慣量"

同樣差異2KG但是造成的加速度差是會不同的。



CUFOX wrote:
其實算了這麼多都是算好玩的
因為死點減速量根本不會影響均速


其實我在原文寫的很清楚,我的觀點在板輪或者是蝶輪之主要設計之目的是為了低風阻而不是為了慣性;

而我認為慣性造成的省時效應,是在長時間阻力不變之巡航路線,而大部分的競賽都不太可能有這些特性(可能遇到上下坡和阻礙還有彎道)

我剛剛有用人車總重70KG+輪組等效值量相差3KG的假設下,50公里比直路線時間可以差到1.5秒,當然這個一定是高估,但是輪組等效慣量差異為多少也是推測的,所以這點也是無解,除非有人可以實際去測量板輪碟輪和爬山輪之轉動慣量...但除了挑戰賽外也不會有人拿登山輪去跑這類路線,而且這類比賽路線也極少,所以也沒必要考慮就對了

我的結論是:

絕大部分的賽段是慣量越低越好,但如果碰到上述之長程阻力趨近固定之路線,而且騎士本身體重很輕時且使用和對手同樣空氣力學之輪組,也許輪組的慣量大一些會比較好些。
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