題:
為什麼瘦輪胎需要更少的踏板力?
astabada
2015-12-07 11:16:49 UTC
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每個人都知道(需要引證)較小截面的輪胎(在固定輪輞直徑下)行駛(至少在舖有路面的道路上)所需的精力更少。

TL;博士。為什麼?

有些上下文。

我一直認為這種現像是由於每個觸點之間的接觸片大小所致。輪胎和道路。值得注意的是,當您減小輪胎橫截面時,該補片的面積會減小。 [這是假定橫截面較小的輪胎具有更高的最小壓力,這通常是正確的] 。摩擦力與接觸面積QED成正比。

不過,我最近認為,摩擦力(幾乎每個人都知道)會產生扭矩,從而使車輪更快地旋轉[注1] 。因此,我不得不提出另一種解釋。我的最佳嘗試是:如果輪胎A的橫截面小於輪胎B的橫截面,則輪胎A的製造商壓力將高於輪胎B的製造商壓力,因此不易變形。在節能方面,使輪胎連續變形需要相當多的能量,而在這裡,當我們停止踩踏板和使用昂貴的玩具(或者在我的實際情況下,廉價的玩具)時,我們寶貴的動能就消失了。玩具)停下來。因此,輪胎A吸收的能量比輪胎B少,因此所需的力氣也更少。接觸點附近的力必須不對稱,從而導致扭矩降低車輪的旋轉速度。您能描述這種不對稱嗎?

[注1.摩擦力是作用在接觸片上的力,其方向與運動方向相反。因此,摩擦產生的扭矩使車輪旋轉得更快。例如,在沒有摩擦的情況下,車輪將無縫滑動而不會滾動。]

[編輯。我對這個問題的草率表態表示哀悼。我進行了編輯,以在必要時添加說明。我選擇添加文本而不是刪除文本,因為有些註釋否則會顯得不合適]

您的意思是“摩擦會產生使車輪“更快”旋轉的扭矩”?您能否詳細說明一下您的意思?
您的第一個說法是不正確的,因為在相等壓力(!)下,28mm輪胎的接觸斑比23mm輪胎小,因此在相等速度下需要更少的動力,而在相等動力下可以提供更大的速度。但是,由於許多較大的輪胎在稍低的壓力下運行,因此舒適性有所提高。
@Carel等壓具有相等的接觸。 P / SI X SI = P
如果這個問題在這裡還沒有答案,我會感到非常驚訝。您搜尋了一個嗎?
瘦輪胎通常具有更薄,更少的多節胎面,而多節胎面確實是動力的阻力。
@飛盤:http://www.schwalbe.com/en/rollwiderstand.html
@Carel將我定向到該鏈接的目的是什麼?它指出:“在相同的充氣壓力下,寬輪胎和窄輪胎的接觸面積相同。寬輪胎在其寬度上變平,而窄輪胎的接觸面積更小但更長。”
它解釋了滾動阻力,輪胎寬度和壓力之間的關係。
@Carel很酷,但我不是在問這個問題
-1
@Carel到目前為止,最有用的回复/評論,謝謝。
五 答案:
whatsisname
2015-12-08 05:33:55 UTC
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您的開場聲明:

每個人都知道(需要引證)(固定輪輞直徑時)斷面較小的輪胎在行駛時(至少在鋪好的道路上)需要較少的努力。 / p>

實際上不正確。您的下一個主張也不正確。在給定壓力下,無論使用何種寬度的輪胎,輪胎的接觸面面積都幾乎相同。如果我的輪胎的氣壓達到100psi,而我和自行車的重量為200lbs,則兩個車輪之間的接觸面積將接近2平方英寸。壓力是力除以面積。

您的第三個主張也不是正確的,因為靜摩擦力僅與法向力大致成比例,並且甚至沒有關係,因為當接觸片接觸地面時,甚至移動

通過改變輪胎的寬度,在接觸面積保持恆定的同時,形狀也有所不同,尤其是當輪胎變寬時,補片會變短。這意味著車輪滾動時,橡膠在輪胎中的垂直位移較小。羅斯·米利坎斯(Ross Millikans)的答案描述說,橡膠的撓曲是輪胎相關滾動阻力的主要來源。

事實證明,對於固定壓力,寬輪胎的滾動阻力小於

關鍵要素不是輪胎的寬度,而是更高的壓力。在合理的重量和成本下,製造小型高壓輪胎要比寬型輪胎容易得多。此外,由於製造高壓寬輪胎更具挑戰性,因此可能需要採取一些措施,例如加厚胎面會增加輪胎變形的能源成本,從而對軟橡膠的更大變形產生負面影響,等等。

我什至不打算討論您的扭矩理論,因為顯然您對作用力感到困惑。

我什至不打算討論您的扭矩理論,因為您顯然對作用力感到困惑。如果我願意的話,您能進一步談談嗎?
從一開始就有一個問題:“如果輪胎A的橫截面小於輪胎B的橫截面,則輪胎A的製造商壓力將高於輪胎B的製造商壓力,因此不易變形。” OP清楚地表明,高壓輪胎變形較少,“因此變形較少”。問題是力的不對稱性,這個答案無濟於事。
至於高壓大輪胎-保持壓力的胎圈和胎圈-不需要更多的橡膠。力是壓力乘以體積。輪輞和胎圈都不能處理大型高壓輪胎。大型高壓輪胎沒有任何目的。
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材料-不是橡膠。橡膠是一種很糟糕的材料,它在拉伸時會承受力(例如氣球)。我的評論非常清楚,“保持壓力的是珠和外殼,而不是更多的橡膠”。磨損到帘線的輪胎仍能保持良好的壓力。再說一次,大型高壓輪胎毫無用處。
Ross Millikan
2015-12-07 11:35:07 UTC
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損失是輪胎橡膠變形中的摩擦。當您將輪胎從圓形(未在地面上)彎曲到平坦(在接觸地面時)時,會產生熱量。如果輪胎較窄且壓力較高,則彎曲時所涉及的橡膠較少。的確,較高的壓力意味著較少的接觸斑,但這在這裡並不重要。這是能量,而不是扭矩參數。

如果您想談談扭矩,我不明白您為什麼認為摩擦會使車輪加速。我要說的是,剛接觸的輪胎部分產生減速扭矩,而離開接觸的部分產生加速扭矩。因為(幾乎垂直的)作用線幾乎沿著車輪半徑,所以兩個扭矩都減小了。由於上述損失,延遲轉矩更大。這確實與上面的能源論點相同。無論您以哪種方式看待,損失都是相同的。

對於較高的壓力,可能會引起較小的變形,這也可能引起爭論。
jcbrou
2015-12-08 03:22:17 UTC
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對於這個問題,我從未見過的一個答案是,較粗輪胎的慣性矩大於細輪胎的慣性矩。

即使在低壓下,較瘦的輪胎也能容納更多的空氣。這意味著需要旋轉大量的空氣-這就是為什麼較胖的輪胎需要更多努力的原因。在壓力相同的情況下,胖輪胎中的空氣比瘦輪胎中的空氣還要多。

慣性矩只是(減速)加速時的一個因素,即便如此,它也不是那麼重要。由於壓力,後跟輪胎需要更多的努力。
@whatsisname更正確“由於[壓力不足],後輪胎需要更多的努力”
這取決於壓力。如果查看推薦壓力,則會發現各種尺寸的輪胎中的空氣量相等。
@whatsisname除了加速和減速外,您還必須不斷增加能量以免減慢速度。這是多餘的能量進入的地方。
讓我們以23mm的輪胎和38mm的輪胎在相同的壓力下工作。這相當於增加了約73%的空氣,然後還有額外的橡膠增加了重量。我認為這不僅僅是壓力。這是因為增加的重量全部包含在您需要保持轉動的所有部分中。
@jcbrou:,但這與車輪的慣性矩無關,這是由於輪胎,車輪變形以及輪轂效率低下所致。輪子旋轉後,無論重量是克還是噸,它都不需要花費任何能量就能保持旋轉。您必須投入的能量基本上與車輪質量無關。運動中的物體保持運動。
@whatsisname這完全與慣性矩有關。如果要保持速度,則必須用添加到系統中的能量來代替使車輪減速的摩擦力。該能量與移動物體的慣性質量/力矩成正比。如果沒有摩擦,則您不再需要增加能量,因為輪子會永遠自轉。
@jcbrou:僅使車輪減速的摩擦力取決於車輪質量以外的其他因素。在給定速度下,來自無論您的車輪有多重,輪轂將是固定的瓦數。此外,在輪轂示例中,輪轂不支撐車輪的重量,而是支撐您的重量,這進一步說明了車輪的重量是1克還是1百萬都不重要。
@whatsisname我想告訴你,摩擦是正確的-每個人都知道你必須繼續踩踏板才能繼續騎自行車-但錯誤的是旋轉輪子。我們在這裡討論物理學,但是慣性矩是車輪的旋轉質量。轉動車輪所需的力(和能量)與該慣性矩成正比。不管是什麼原因導致車輪減慢旋轉速度,您都需要增加能量以使其保持旋轉狀態,並且該能量與慣性矩成比例。
所有這些都是關於@jcbrou:物理學的。車輪的慣性矩告訴您加速車輪需要多少力(扭矩),而不是保持速度所需的力。閱讀(滾動阻力Wiki文章)[https://en.wikipedia.org/wiki/Rolling_resistance],慣性矩未列為因素。
@whatsisname我要直截了當地問你騎車時發生了什麼?車輪減速了嗎?如果是的話,那是對你不利的一面。您是否推動車輪轉動?遺憾的是,這種推動是踩踏板的力,它會在車輪上施加扭矩。您查找了滾動阻力-好的,很好。它在最上段說它“是一支力量”。
@whatsisname(續)現在,如果我們回到牛頓第三定律,我們將記住,恆速物體必須作用有一個淨零力。因此,如果摩擦力是使車輪打滑的速度減慢,則騎手必須施加另一個力以保持恆定速度。聽起來對嗎?
這個評論系列已經遠遠超出了應有的範圍。如果您想進一步討論,請轉到[chat]。
請不要使用此堆棧的搜索功能。 http://bicycles.stackexchange.com/questions/21237/how-much-does-tire-pressure-affect-the-weight-of-the-wheels/建議輪胎中的空氣重量為7到16克,一口水。與輪胎/管/輪輞相比,空氣的重量微不足道。
你是對的。我試圖得出一個事實,不是滾動阻力導致了它花費更多的精力來推動這些輪胎。
評論不作進一步討論;此對話已[移至聊天](http://chat.stackexchange.com/rooms/32852/discussion-on-answer-by-jcbrou-why-do-skinny-tires-require-less-pedal-effort) 。
paparazzo
2015-12-08 20:48:52 UTC
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這個問題與一些錯誤陳述相混淆,但是我將嘗試您的“力量的不對稱性”。如果這不是您所說的“力量不對稱”,那麼我建議您澄清一下,許多人已經厭倦了以多種方式回答這個問題。

工作已完成在橡膠上使其變形。功是工作方向上不可或缺的力量。功和熱具有相同的度量單位。

是的,能量守恆適用。

在輪胎的前邊緣進行工作(f x ds的積分)以使輪胎移位。輪胎不像是在後緣上進行回彈的彈簧。幾乎所有的工作都轉化為熱量(橡膠的摩擦)。熱量比您想像的要強烈-產生熱量需要大量工作。您會從尾端的橡膠背上得到很小的彈力。熱量不僅隨溫度累積,而且還傳遞到大氣中。

前端的變形也確實會影響輪胎中的空氣。在尾端,輪胎中的空氣確實起到了將輪胎推回的作用。大部分工作都退還了。輪胎中的空氣中的某些功被轉化為隨機動能(溫度),這等同於未在尾緣上返工。尾端還有另一個問題,這是因為延誤了大部分這項工作,甚至沒有在推進輪胎的道路上進行。這是在橡膠和大氣上完成的工作。

排量更大的輪胎具有更大的阻力。電阻更大。有能量守恆。

能量和功具有相同的單位(SI的焦耳),功是力乘以路徑位移的積分。功和能量密切相關,因為功和熱一樣都是能量的一種形式。
Olsonist
2015-12-09 07:14:44 UTC
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在恆定速度,瞬時平衡下,慣性矩確實不會對腳踏力產生任何影響。但是,如果有任何加速,那麼胖輪胎的慣性矩將發揮重要作用。由於速度變化甚至是普遍的,尤其是對於Eddy Merckx類型,因此通常自行車輪胎+車輪的慣性矩與踏板力有關。



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