自行車是輪子大還是輪子小的省力？

01-07

前兩天騎著朋友的小旋風自行車奔跑在校道上，看到別的大輪子車，想起從小糾結的這個問題：輪子大的，每轉一圈走的距離大，但耗費的能量也大一些吧？考慮上摩擦消耗的熱能以及騎車時腿部力量的變化，到底輪子大省力還是輪子小省力？

相同輪胎類型（是否有內胎，何種花紋）相同胎壓，越大的輪子滾阻越小。

充氣輪胎的滾阻可以看成一個剛性輪子（無滾阻）在爬一個恆定角度的斜坡。斜坡角度由輪胎受壓變形的大小和車輪直徑的大小的比例決定。輪徑越大，這個斜坡角度就越小。可以參考這裡：http://www.schwalbetires.com/tech_info/rolling_resistance

另一方面，在遇到障礙的時候，輪徑越大，障礙帶來的水平衝擊越小，也就是說車速損失越小。最極限的情況下，一個10寸的車輪和一個29寸的車輪，同時碰上了6寸的馬路牙子，對於10寸車輪就是撞牆，而29寸的車輪依然能保持一定速度通過。

所以無論是平面滾阻還是越障阻力，都是大輪徑的車子較阻力較少。

更大的輪徑還可以增加抓地力、方向穩定性、高速保持能力，所以目前在山地領域 29er 非常盛行，在各項大賽中也表現出了優勢。即使是身材較矮小的東方人也開始嘗試 27.5 這樣的尺寸。

那麼大輪徑有什麼缺點呢？首先它更重，並且轉動慣量更大，所以加減速的時候耗能會更多一些，但加減速能力和高速保持能力是相互矛盾的，見仁見智；其次它需要更大的轉向力，這與方向穩定性也是的一對矛盾；更長的輻條更小的輻條角度帶來較低的輪組剛性。

順便提一下寬窄輪胎的問題。一般騎手認為越窄的輪子阻力越小，實際上這是不完全正確的。相同型號的輪胎只改變寬窄的話，寬輪胎實際上有更低的滾阻。這是因為在氣壓相同的情況下，輪胎的接地面積是一樣的，窄輪胎的的接地面是一個狹長的區域，它使得整個輪胎更加「不圓」，所以滾阻更大。那麼為什麼越是高速的自行車車胎越窄呢？這是因為窄輪胎可以使用更高的胎壓，從而降低接地面積。

最後，輪胎類型對滾阻影響至關重要！所以管胎（公路車）和真空胎（山地車）在中高端自行車中大量使用，最新的 shimano XTR 山地輪組甚至都是管胎的。從本人的經驗來看，山地車 XC 真空胎的滾阻幾乎不高於光胎的滾阻，別忘了它們之間差了一倍的胎壓。

相同傳動齒比和踏頻的情況下，當然是輪子小省力且速度慢，輪子大費力但速度快

自行車的傳動就是3個圓：牙盤，飛輪，輪胎

人輸出扭力到牙盤，牙盤通過鏈條帶動飛輪，飛輪通過花鼓帶動車圈（輪胎）

這樣的話你應該很容易就可以分析出來了……

自行車說到底是一堆傳動裝置的組合，最終輸出的速度和你投入的力量是有確定的關係的，在不考慮阻力的情況下，是沒有質的區別的。如果你覺得省力，那麼你一定騎不快，你覺得費力，那麼你沒蹬幾腳就飛起來了。那麼問題就在於小輪和大輪的阻力上。

@單英晉關於滾阻的回答是與輪胎狀況以及地面狀況相關的，那麼我們給出一個平整的地表和一致的胎壓保證輪胎形變導致的地面接觸面積一致。接下來，還有什麼阻力？

我能想到的，是機械內阻。

因為輪子小，為了達到與大輪車相當的速度，就必須提供更高的轉速，這就意味著，要麼你得玩命地蹬，要麼就通過很高的傳動比讓輪子玩命地轉，輪軸的摩擦帶來的損耗就會更多。也就是說——為了保持和大輪車同樣的速度，你必須付出更多的努力。

但也不是說小輪車沒有優勢，小輪車輪子直徑小，轉動慣量非常小，從不轉到轉需要花的力氣比大輪車可能要小一些，也就是說——從靜止起步時，小輪車會很省力。大輪車常需要助跑上車也是為了減少起步的壓力。

PS：個人覺得小輪車在靈活性上完爆大輪車，所以那啥「自行車俠」騎的應該是童車更科學。至於速度上，還是大輪靠譜一些吧。

自行車的省力與否於汽車之類不是一個概念。因為人作為發動機主觀上踩動頻率和踩動力度是相輔相成的。而且再力度在某一界限下，人的恢復能力是很強的。所以輪子小的踩動頻率大，雖然踩動力度可能小一點，但維持速度必須維持踩動頻率，這樣反而主觀上感覺更費力。而輪子大的踩動頻率低，但是啟動後由於慣性作用，維持速度並不需要啟動時候的力度，相反更小，踩動頻率也低，反而主觀上省力。這前提是車輛潤滑和路況相同的情況下。當然你可以寫出更高深的摩擦力慣性方程之類的證明力度相同。但是人的踩動頻率快感覺的累和有沒有負載似乎不大

輪子小更靈活，加速輕便，但是高速騎行穩定性差…短距離騎行，比如幾公里的上班通勤，買菜遛彎…還是小輪經騎著輕鬆！要是運動健身騎個幾十上百公里還是大輪徑有優勢…具體車胎粗細還是跟使用路況息息相關…越平整的路面越細的胎越輕，路況不好，沙土路，我就騎過公路車前輪陷入路基里不止一次摔倒！

我覺得應該是輪子越小越省力。

以下是我的理由，如有錯漏，請在評論中提出，謝謝！

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起步的時候，假設其它條件均相同，輪子小，則轉動慣量小，起步更輕鬆。

巡航的時候，輪子本身就在轉動，若不提供動力，則會在滾動摩擦力f的作用下減速（認為其它的阻力均相同，如花鼓的摩擦、空氣阻力等等）。

滾動摩擦力可以用下面的算式計算

式中，F是滾動摩擦力，Crr是滾動摩擦力係數，N是垂直於滾動平面的力。Crr可以用下面的算式計算

式中，z是下沉深度，d是滾動直徑。

根據假設條件，只有輪子的半徑R不同。

滾動的示意圖如圖所示。

半徑為r的小圓是飛輪，實際上小圓加黑的部分都對系統貢獻了動力，將其簡化為受力點為A的動力F。車輪半徑為R，在動力F和阻力f的共同作用下，車輪繞O旋轉。

這個系統是一個槓桿，如圖所示：

那麼，由槓桿原理及上述滾動摩擦力計算公式可知

也即是說，R越大，所需要提供的動力F就越大，騎起來越不省力。

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在胎壓相同的情況下，小輪徑變形更多，也就是下沉深度會更大，從而增大阻力。

小輪徑車可以換更窄的輪胎來儘可能增大胎壓，從而使下沉深度接近於大輪徑車。

在車的質量差不多的情況下，我的體會也是高壓胎小輪徑車騎起來比較輕鬆。

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參考英文維基： Rolling resistance

平路用大的上坡的話小的省力

理由：我大的小的都騎過大的快但是上坡得站起來騎騎完腿很酸小的不用站起來也能上坡

自行車省力除了滾動摩擦小意外主要是因為腳踏板的槓桿作用吧，輪子大小應該主要是和操作性有關係，要說是否省力你看看變速器的構造應該就知道了吧