我(認為)我知道答案,但是我想讓別人接受。
在沒有風的情況下騎一圈,與在有風的情況下騎同一圈相比(對於另一半來說,你會遇到逆風而又有順風)。
這是否相等,或者風能版本使用更多的能量/功率來維持相同的總時間?
實際上,我並不是說在整個循環中保持相同的速度,而是在整個事物中保持相同的時間。因此,我希望在風中時速度會下降,而反之則會增加。
我(認為)我知道答案,但是我想讓別人接受。
在沒有風的情況下騎一圈,與在有風的情況下騎同一圈相比(對於另一半來說,你會遇到逆風而又有順風)。
這是否相等,或者風能版本使用更多的能量/功率來維持相同的總時間?
實際上,我並不是說在整個循環中保持相同的速度,而是在整個事物中保持相同的時間。因此,我希望在風中時速度會下降,而反之則會增加。
如果風阻的影響與速度成線性關係,那麼是的,力將平衡。這就是說:如果以20英里/小時的風踩踏板僅是以10英里/小時的風踩踏板的力量兩倍,力量就會平衡。
但事實並非如此,就像@Daniel提到的那樣。克服20英里/小時風的努力比十英里/小時風所需要的努力要多兩倍。如果將循環簡化為前後運動(一半順風,一半順風),則假設風速恆定為10 mph,並且以20 mph的速度騎行,則可以得到一個直觀的想法
基於這些假設,對於您的一半旅行,您將與30英里/小時的逆風(10風+ 20的自身速度)作鬥爭。後半部分的“逆風”速度僅為10mph(以您自己的速度行駛20英里,以風行駛10英里)。相比之下,沒有風的一天,整個旅程的逆風為20英里/小時。從20mph跳到30mph所需的能量(您上一次達到30mph的時間是多少?)要比從20mph降低到10mph所節省的能量更多。
阻力隨著速度的平方。這意味著速度是方程式中的主要因素(與阻力係數相反)。
來自 wikipedia:
對於高速(或更精確地說,在高雷諾數下),阻力將隨速度的平方而變化。因此,克服這種阻力所需的合成功率將隨速度的立方變化。阻力的標準方程式是阻力係數乘以流體質量密度,指定項目的橫截面積和速度的平方的一半。
有關影響騎自行車者的力量的信息,請參見 Rainer Pivit的文章。這些圖特別有用。
@Superdesk的答案是正確的,但我認為我會添加一些數學運算以得出差異的 size 的印象。
正如其他人所說,拖動是相對風速的二次函數。這就是為什麼您需要花費更多的精力從0到10 km / h的速度而不是從20到30 km / h的速度。
假設您喜歡以20 km / h的速度騎自行車。如果您在沒有風的一天騎車,則整個過程的相對風速為20 km / h(您的風速比周圍的空氣快20 km / h)。假設您損失了1000 Cal。
現在假設您以10 km / h的風速騎一天,並騎著半圈的循環。
在上半場帶有順風的環路,您的相對風速為20-10 km / h = 10 km / h。但是,由於阻力是二次的,這意味著您實際上僅以20 km / h的風速損失了四分之一的能量。因此,您在騎行的前半段損失了125 Cal的阻力(僅中途騎行損失了1000/2 = 500,由於阻力減小了,因此損失了500/4)。
在循環的後半段,如果遇到逆風,您的相對風速為20 + 10 = 30 km / h。同樣,因為阻力是二次方的,所以這意味著您不會多消耗50%的能量,而只會多消耗125%的能量。因此,您損失了1125 Cal。在行駛的後半段拖動(僅中途行駛為1000/2 = 500,對於二次阻力為500 * 9/4 = 1125)
所以在大風天,您總會花費1250 Cal,或多25%,以相同的地面速度,以相同的距離騎行,只需輕風!同樣有趣的是,您將在回程中損失90%的能量!
實際上,隨著風速的上升,這種情況會變得越來越嚴重。在我住的地方,我們經常會有 40 km / h的持續風,這意味著在相同的地面速度下,能量損失要多 450%。這是當您花所有精力去騎下坡!
只有從自行車前部騎乘時的空氣動力學等於從自行車後部騎乘時的空氣動力學,能量消耗才能平均。考慮一下您在自行車上的騎行姿勢。
最終結果是您沒有收支平衡,但肯定是順風順水。
這類似於平坦的路線與丘陵。
阻力的平方因子是阻力。
假設距離為20英里,向後為20英里
您可以在無風時保持20 mph的速度
您的面積A是恆定的
cd是恆定的
p是恆定的
在靜止的一天裡,您的工作時間為2小時1/2 cd p A(20 ^ 2),放棄所有常數2小時(20 ^ 2)
讓我們假設時速為10 mph逆風
您正好以10 mph的出風阻力和30 mph的逆風出風阻力
您有20 mph的淨出風速和20 mph的淨逆風出風速
問題有時間
超時是20英里/ 10英里/小時= 2小時後退時間是20英里/ 30英里/小時= 2/3小時(2 + 2/3)/ 2 = 8/3 / 2 = 8/6 = 4/3
所以正好1 /多進行3項工作,因為您付出了1/3更長的時間進行相同的工作
現在說您想同時進行一次1.5小時的外出鍛煉和0.5英寸的後退
您正在做13.33 mph + 10每小時23.33英里時的風阻力
回頭,你正在以40英里時的速度進行風速-10英里時的30英里時風阻力
兩種方式都可以抵抗更大的淨風力
(1.5小時((((20 / 1.5) +10)^ 2)+ .5小時((((20 / .5)-10)^ 2))/ 2小時(20 ^ 2)
與3/2 *((40/3 + 10)^ 2)+ 1/4 *((40-10)^ 2)/ 2 *(20 ^ 2)
等於1.6
您想同時進出,在10 mph的風速下要花費大約1.6的工作量。
這並不等同。
一個說明性的假設:
不管騎自行車順風向半圈的速度有多快,騎逆風向半圈的時間都需要∞,這可能更多時間比無風情況下要好。