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如何克服风阻

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如何克服风阻
在国外,不只有自行车运动,以科学来探讨,并辅助各式运动早已行之有年,其在制造运动器材或训练运动员方面,皆有显著之成效,如澳洲泳坛王子[飞鱼]索普(lanThrope)就是一例子。反观台湾,由于现阶段投入的人力、物力有限,这方面应还有很大的成长空间。空气阻力为何?
在婆娑舞动的树阴下,轻快地踩着踏板,自在地欣赏着周遭的美景,两旁尽是虫鸣鸟叫、百花艳、群蝶飞舞、微几徐徐,实为人间一大享受!但是,这种景象只出现在幻想中,在真实的世界里骑单车,夏天艳阳高照的时候,一丝凉风都没有,只有满身大汗与湿透的车衣;冬天冻得直发抖的时候,寒风大到不用踩车就能够前进,手指冻到边煞车都快按不动,风似乎总是跟自行车骑士过不去!
从某个角度来看,的确是如此!当自行车骑士在空气中运动的时候,空气支对骑士施加一股力量,称为空气阻力,又称风阻(Drag)。研究这种物体民气体作相对运动情况下的受力特性,即为空气动力学(Aerodynamics),科学家对此已有相当程度的研究,就像是研究骑单车的风阻以及研究飞机如何在空中飞行的道理是相同的!虽然一般人看不见它,对它的感受也只限于骑快的时候会有呼呼的风从脸旁吹过,但它对于骑士的踩踏能量损耗,可不亚于传动系统的摩擦阻力,所以千万别小看它!
空气阻力实际上与有效迎风面积(EffectiveFrontalArea)、前进速度(Veloity)的平方以及阻力系数(DragCoefficent)成正比。因此当有效迎风面积增加1倍时,阻力会增加一倍;而阻力系数增加一倍,阻力也会增加一倍;但是速度增加一倍时,阻力则会增加三倍,变成原先的四倍。
换而言之,先考虑车辆摩擦等其它阻力,假设你以正姿骑乘,20km/hr前进,所受的空气阻力大约为10牛顿(Nt,一种力量单位,提起一瓶1000cc矿泉水所需的力量约等于9.8牛顿)。因此你的腿只要施力超过10牛顿,就可以维持这个速度前进,但如果想要加速一倍到40km/hr时,就需要面对40牛顿的空气阻力,你的腿必须提供四倍的力量才行。
这也就是为什么逆风与顺风骑车时,感觉会差那么多。如果车友想以20km/hr前进,当无风的时候需要出10牛顿的力量,在顺风10km/hr(蒲福风级2级,为轻风Slight Breeze,人面感觉有风,树叶摇动,亦为普通之风标转动)的情况下,对于空气的前进速度只有10km/hr(20-10=10),所以只要出2.5牛顿的力量就可以,但在逆风10km/hr时,相对于空气的前进速度是30km/hr(20+10=30),所需要的力量也由10牛顿增加到22.5牛顿。
表一是不同时速与风速时,正姿骑乘所受空气阻力的比较,风速方面分别比较了10km/hr与20km/hr(蒲福风级4级,为和风Moderate Breeze,如尘土及碎纸被风吹扬,或树之分枝摇动)。事实上,10与20km/hr都是平时骑单车常会遇到的情形,不算很强的风,如用风速讨论可能比较难体会,举个实际例子,号称风城的新竹,冬季起风时多超过40km/hr,而超过62km/hr就算是台风天了。
因为空气阻力的影响如此之大,在1970、1980年代,科学家们进行广泛而深入的研究不论是从理论分析、数值仿真或利用风洞测试等,所获得的结论都成为后来骑乘姿势、比赛战术与自行车设计等的重要参考依据。
骑乘姿势V.S.风阻
在骑乘姿势方面,根据实验结果,假设采正姿骑乘(一般骑淑女车的姿势),以时速20km/h前进,所受的空气阻力约为10牛顿。而如果将身体弯下来,像场地赛选手那样地骑乘,大约可减少55%的空气阻力,因此一般跑车选手会尽量压低自己的身体。如果是采用轮车的方式,弯姿骑乘的领骑选手空气阻力仍是减少55%,但在其后的选手可以较正姿骑乘减少86%的阻力,等于只要花原先1/7的力量就可以克服空气阻力。


1楼2013-07-23 03:50回复