騎自行車上坡時跟平路騎行時的有趣的差異,有人能解釋嗎?

我做了3次試驗,第一次用正常速度從靜止騎上斜面頂端,踏了64下(平均值);
第二次用極慢的速度幾乎勻速的騎上斜面頂端,也踏了64下,用時比第一次長,末動能比第一次小(通過剎車位移判斷);
第三次拚命地騎(腳未離開踏板),同樣踏了64下,用時比第一次短,末動能比第一次大

我又找了許多不同的斜面反覆試驗,發現無論用什麼樣的力騎,都不會改變踏踏板的次數,只會改變加速度和末動能,這是為什麼呢?

(我把一隻腳從最高點運動到最低點叫做「踏一下」)

相比而言,在平路上,同一段路程,我大力踩然後滑行的距離比輕輕踩滑行的距離所需要的踩踏板的次數要少得多。


踏一下走的距離是一定的啊喂,斜面長度一定那麼踩踏板的次數不就確定了嗎。

………………………

除非你換了一個齒比,比如變了個速或者騎了不同的車。


題主的疑問的重點應該是在於「在平地中,我小力蹭一圈,只能走五米;大力蹭一圈,可以走十米。但是到了斜坡上,無論大力還是小力,蹭一圈都剛好是1/64個斜坡呢?」

我們先拆開自行車這麼複雜的物件,僅僅留下一個車輪。或者說,想像你自己騎的是獨輪車。

就是這種:

然後假設這是一輛死飛獨輪,就是說你腳踩一圈腳踏,車輪正好轉一圈(死飛跟普通自行車不同,齒輪跟車輪更鎖死的,腳踏動車輪動,腳踏停車輪停,詳情題主可自行百度「死飛」)

假如周長一米的輪子,通過十米的路程(不管平地還是上下坡),無論你大力小力,踩快踩慢。必須是輪子剛好轉十圈對吧?又因為這是一輛死飛,所以你的腳也剛好蹭了十圈。

換成自行車也是同理。

題主的另一個問題是:在平地中大力踩一圈和小力踩一圈,可以通過不同的路程。

那是因為你的自行車原本其實是活飛(齒輪與車輪沒有鎖死),如果你把後輪懸空,再蹭一圈腳踏,你會發現,這跟剛剛的死飛不同,腳踏轉一圈,車輪可以轉好幾圈,而且隨著你的力氣變化而變化。

所以,在平地上,用不同的力氣腳踏一圈,是可以通過不同的距離的。

而到了足夠斜的斜坡上,因為自行車本身會往後滑,導致齒輪會跟車輪鎖住(試一下懸空後輪然後向後轉動車輪,會發現車輪會帶動腳踏),此時你的自行車就會變為類似於上面所說的「死飛」狀態。所以....

題主的實驗不夠嚴謹,你可以嘗試不同的坡度,再坡度足夠小的時候,你會發現,其實你可能只需要踩50圈就可以踩上去了,因為坡度不足以讓你的齒輪鎖住。

最後,我想請題主如實回答你的年齡....我想調查一下而已沒別的意思。


實在不想嘲諷題主。。

但是。。

踏板與輪盤相連,輪盤通過車鏈與後輪相連,也就是說你蹬的圈數跟後輪轉的圈數存在一個比例關係,在不改車的情況下這個比例係數是不變的,然後,後輪轉的圈數不就是坡的長度么?這跟你快蹬慢蹬有啥關係。。還說的那麼玄乎。。


論離合器和液力變矩器的差別。


圖我盜的


我覺得大家不應該嘲諷題主啊,誰都有一兩下腦袋彎沒轉過來的時候嘛,而且嚴謹做實驗的精神值得讚賞,為題主的細心嚴謹愛科學的精神點個贊( ????? )


自行車真是個神奇的發明,爬相同的坡所需要的轉數竟然一樣!


我覺得我開了假知乎


你剛好選擇了兩種結果一樣的方法嘛,理由別的答主說的很好了,我就是給個建議

你可以試試大力踩之後滑一下再大力踩。我覺得你應該懂理由


題主的意思是,騎同一斜面,不管用力如何,速度如何,其腳踏圈數為什麼總是不變吧?

當然不變啊!(゜-゜)

單車腳踏板與後輪使用的是鏈條連接,而鏈條是不會伸長的,那麼 後輪所轉圈數與腳踏板所轉圈數比值是不會變的!

當然,你要是變速單車,那是可以變的,用到的是變速器。


對這個小學生的問題,看到答主在說平地的事情,真的很奇怪題主哪裡提到平地了?你們確信你們的回答答主看得懂么?

題主的問題就是一個小學二年級的乘法題:

自行車輪周長2米,坡長128米,為啥每次上坡車輪都是轉64圈

答:64X2=128(來自我的小侄孫)

也許死飛跟活飛確是題主想問的問題。

活飛跟死飛確實超出小學範疇,也超出了中學範疇。

但是,題主哪裡提到活飛跟死飛的問題了?

甚至,題主哪裡提到自行車滑行的事情?

甚至,題主哪裡提到平路汽車的事情?

小學生也要學語文的吧?


第一個問題:為什麼發現無論用什麼樣的力騎,都不會改變踏踏板的次數?

我這麼理解不知道對不對,題主所說的踏一下指一隻腳從最高點到最低點,但此時另一隻腳就到最高點了。也就是說踏板轉一圈正好踏兩下。

斜面距離和踏板圈數有以下關係,

踏板圈數?踏板齒輪數/後輪齒輪數?後輪半徑=走過的斜面長度。

其中踏x下中的x=2?踏板圈數。

這個涉及角位移,應該是高中物理題目,雖然靠初中槓桿的知識也能解啦……

在這裡可以發現其實踏的次數只和自行車自身性質和實際走的距離有關,和你花多少力氣以及時間無關。

加了個圖也許容易理解一點:

也就是說,只要你腳不離開踏板一直做功,走過相同的路程踏的次數都是一樣的。

第二個問題:不同的力只會改變加速度和末動能

上:加速度。

這個簡單,上受力分析:(討論自行車的整體受力所以就把它看作是質點應該沒問題)

首先:自行車受到的支持力垂直於運動方向所以不做功;所受重力可以往垂直於運動方向和平行於運動方向做分解:垂直於運動方向的和支持力向抵消且不做功可以忽略;平行於運動方向的分量和運動方向相反,大小為Gsinθ。

動力f方向於運動方向相同,易知在相同情況下你踏腳踏板越用力f的值越大

得自行車所受的合力為:Sigma F=f-Gcdot sin	heta ,方向和運動方向相同。

根據牛頓第二定律:F=mcdot a

可得加速度:a=F/m=Sigma F/m=(f-Gcdot sin	heta )/m=f/m-gcdot sin	heta

其中g為重力加速度(定值),所以可得當動力f變大時,加速度a就會變大。

下:末動能

簡單的推斷:既然踩得越用力f越大,f越大加速度a就越大,a越大末速度越大,末速度越大末動能就越大咯。注意:簡單的推斷並不嚴謹,甚至有錯,不過配合極限思維去做一些定性判斷也是可以的。

我們前面求出了自行車所受合力:Sigma F=f-Gcdot sin	heta

根據已知條件:路程相同(畢竟每次測試都是在同一斜面上)。在此設路程為s。

得合力做功:Sigma w=Sigma Fcdot s

由動能定理:Sigma w=Delta E_{k} =E_{kt}-E_{k0}=E_{kt}   (因為都是靜止起步所以初動能為零)

得末動能:E_{kt}=Sigma Fcdot s=fcdot s-Gcdot scdot sin	heta

其中G為自行車所受重力(定值),所以可得當動力f變大時,末動能Ekt也會變大。

第三個問題:相比而言,在平路上,同一段路程,我大力踩然後滑行的距離比輕輕踩滑行的距離所需要的踩踏板的次數要少得多。

這裡我想吐槽一句:因為就條件而言和前兩個問題根本沒有可比性,怎麼比較而言?

第一第二個問題中自行車的末速度不同,第三個問題的末速度又相同,條件都不一樣也就無法直接對比,放一張v-t圖可能更直觀一點:

上半部分是第一第二問的v-t圖,下半部分是第三問的v-t圖。應該能很直觀的看出問題。

簡單的推斷就是:

大力踩一次做的功更大→若要使末動能回復到零則摩擦力做負功也需要更大→那麼在摩擦力大小相同時所需要做功的距離更大→相同踩一次,自行車從開始運動到回歸靜止大力踩所走過的距離比輕輕踩要遠→在以上其他條件不變時,走過相同距離大力踩所需要的次數比輕輕踩要少。

具體直接就著我畫的v-t圖和第一第二問的分析算就能得出一樣的定性答案了。


題主腳力不錯 有前途

下次你嘗試下快速沖坡 到自行車快停下的時候再開始踩踏。踩踏圈數會明顯變少哦


自行車哪知道你在上坡啊!他只知道悶頭前進而已。你上或者下坡,路就在那裡,不長不短。


很簡單。你每踏一次,自行車的運動距離都是一樣的,與速度無關。你猛踏的時候,速度會增大,但距離不增大。


不想寫的太嚴謹,也不想寫數字和公式。

以下內容均使用搜狗語音文字轉換引擎輸入,可能會產生不正常斷句,請諒解

開頭簡單概括一下,只要鏈條是一直緊繃著的,始終對後輪有推力,那麼踩多少下與後輪轉多少圈就是固定對應了的。

……………………………………………………

騎過自行車的都知道,踩踏板的時候輪子會往前轉,但是輪子往前轉,踏板可以不轉,這是由鏈條和齒的結構決定的。

在平地上,用力踩一下自行車,然後不動,車會由於慣性繼續往前滾動。這是最明顯的,踩的次數跟距離無直接相關的情況。

為什麼此時腳踩的次數,跟車行走距離無直接關係呢?

我們可以把自行車的,關鍵轉速分為兩個轉速。一個是腳踏板的轉速,另一個是主動輪,也就是後輪的轉速。

這兩個轉速共有兩類對應的關係。當腳踏板變速後的轉速(以下簡稱腳踏板轉速)低於主動輪的轉速的時候會出現一種拖鏈的情況,此時會聽到噠噠噠的聲音,就是腳不動,車往前滑行。當腳踏板的轉速等於主動輪轉速的時候,齒輪吻合,人開始推著車往前走。不存在,腳踏板的轉速比主動輪轉速高的情況。

腳踏板的轉速只取決於腳踩的速度。後輪的轉速取決於三種效應:斜坡上的重力分力、鏈條帶動的拉力、鏈條及輪胎的阻力。

在平地上時,若只踩一下踏板就停下,那麼因為不踩第二下,所以實際上腳踏板的轉速很快的下降了。而後輪的轉速由於較小的摩擦力需要很長的時間才能降下來。因此他們之間失去了聯繫。

我們把情形擴展一下。在平地上,踩自行車的時候,由於人體的腿部和腳部的結構限制,實際上,踏板的轉速是以快~慢~快~慢的節奏來進行的。如果踩得比較平均,也就是說這個變化沒有那麼明顯,那麼踩多少下,也就意味著走了多遠的距離。

但是如果踩得很猛,而且另一隻腳又沒有及時跟上,也就是說加速的頓挫感比較強,那麼實際上這一段距離會比你平均踩相同次數的距離要多一點點。因為在你大力踩完,然後收腳再踩另一隻腳之前的時候,是經歷了一小段滑行的。

那麼很明顯,要讓腳踩的次數與後輪滾過的,距離聯動起來,只有唯一一個辦法,就是讓腳踏板始終帶動後輪沒有滑行這一個過程。也就是說,腳踏板的轉速始終等於後輪的轉速。這就要保證,後輪轉速的下降速度要大於角踏板的下降速度。

在平地踩兩腳之間的時候,由於後輪只受到鏈條和路面非常小的阻力,因此,他的轉速下降,是比較慢的。只要踩得比較快,而兩腳之間的間隔又比較長,腳踏板的轉速下降是一定比後輪更快的。

而在斜坡的時候,後輪還除了阻力,還會受到一個重力的分力。只要這個坡比較陡,在失去動力的時候,後輪就會有一個非常大的轉速下降率。那麼,鏈條和齒輪就能一直吻合,你踩多少下,就是多長的距離。一松腳,後輪就馬上停下來了。

因此只要你不是故意瞬間停住腳踏板,來減慢踏板的轉速,在上坡的時候基本上都是不會有太大的相差的。

你測了那麼多次都是64。有幾個可能。這個坡可能比較陡,你踩的可能比較平緩,還有這個坡可能太短不足以累積出踩一次的距離差異。

ps,轉速下降率可以轉化成線速度下降率,而速度下降率就是對v求導,也就是a,乘以m就是f。腳踏板轉速下降率等於後輪轉速下降率,也可以等同成推力等於阻力和加速度的共同作用。不要管那麼多過程,說人話就是腳踏板始終推動著後輪沒松過。


你一定在一直蹬


因為你上坡的時候踩的不夠快,自行車沒有滑行。如果你踩的夠用力的話,一樣可以少蹬幾下的。


感覺大部分用戶都沒理解題主說的是什麼就開始噴,知乎的平均智商確實有待提高


若輪胎與地面無滑動。

每蹬一下走的距離相等


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