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自行车骑快了为什么费力

作者:vip用户  人气: 次  时间:2004年11月14日  星级:

自行车骑快了,当然费力,这是人人都体会到的。可是细想想,不合理啊。自行车前进时的阻力不就是车轮与地面的摩擦力吗。只要驱动力(或说牵引力)等于摩擦力,自行车就会匀速运动啊。这是学过初中物理的人都明白的。那么,车轮与地面的摩擦力和速度有关系吗?显然无关。因为物理学研究的结论是滑动摩擦只与接触面材料性质、粗糙程度和正压力有关,没说与速度有关。也就是速度无论快慢,摩擦力并没改变。当然,车轮与地面的摩擦不仅是滑动摩擦,还有静摩擦和滚动摩擦,但想来与速度也没有多大关系。
那么我们就有了提高车速,节省体力的好方法了。只要条件允许,一上车就使劲蹬,让车速尽量地快,反正骑快车和慢车克服的阻力是一样的,快骑早点到嘛。
  但这个合乎逻辑,合乎科学的推理好象和我们实际的感觉并不一致。慢骑就是省力,而骑快车每蹬一下都很费力。是科学道理出了毛病还是我们的两条腿有毛病?都不是,是大脑出了毛病,分析问题的方法有毛病。
我们忽略了空气的阻力。这个因素到底能不能忽略?影响小就忽略,影响大就不能忽略。空气阻力和地面摩擦阻力不同,不是一成不变的,速度低时很小可以忽略,速度高时,就会变得很大,就不能忽略了,而且会成为影响速度的主要因素。
  原来流体的阻力有它的规律,气体和流体对运动物体的阻力是随速度变化的,速度越高,阻力越大。阻力和速度不是成正比,当气体是与物体某一个面相摩擦时,阻力与速度平方成正比;当气体与物体的各个面都摩擦时,阻力与速度的6次方成正比。显然,当自行车的速度成为原来的二倍的时候,空气的阻力增大到原来的64倍,速度变为原来的3倍时,空气阻力变为原来的729倍。所以自行车运动员要把成绩再提高一点都是十分困难的。这已经不是体育的问题,而是物理的问题了。运动员要调整骑车的姿态,减小迎风面积;运动员要穿紧身的高弹的服装,尽可能地减小阻力;要戴上流线型的头盔。传统的自行车的车圈是靠辐条来紧固的,五十多根辐条在空气中高速切割,凭空增添了多少阻力啊!怎么办,去掉所有的车条,换成一块圆板,这样增大了重量却减小了切割空气的阻力,可能也合算。
学过物理学的人都知道,自由下落的物体它的速度越来越快,每一秒比前一秒速度增大10倍,一个人不张开降落伞,从2000米高空落到地面上只需20秒,落地时的速度高达2000米每秒。就如同一发炮弹打在地上。太危险了。
  然而,事实上,由于空气阻力,自由落体下落速度是要大打折扣的。设物体AB从不同高度落下,如果A的初位置更高,那么达到同一高度时,A的速度就要比B的速度大。但是它们在某一时刻的速度只是与它们下落的高度的平方根成正比。而它们受到的阻力是与它们的速度的6次方成正比,也就是说AB的速度快一些,但它遇到的阻力比B要大数十倍乃至上百倍,它的速度自然就会慢下来,所以,跳伞运动员不张伞自由下落的速度是每秒50米,把身体四肢张开,阻力增大,速度还会减慢。这样花样跳伞运动员才可能调整位置,在不张伞的情况下,后跳的跟上先跳下飞机的,编成美丽的队形。
如果张开降落伞,下降速度就慢得多了,落地速度只有每秒6米左右。

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