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      從大陸一端到另一端的滑行

      2017-05-11 20:38
      飛碟探索 2017年5期
      關(guān)鍵詞:空氣阻力洛杉磯摩擦系數(shù)

      要想在美國大陸上完成這樣的滑行,需要的坡度實在是太陡了,根本不可能做到。但是我們可以退而求其次,我建議選擇夏威夷群島的毛伊島進行這次滑行旅行。

      首先,要解決物理學問題。自行車沿坡度下滑時,在一段足夠長的斜坡上自行車將達到一個穩(wěn)定的滑行速度。在一個陡峭的山坡上,滑行速度會很快,而在一個和緩的坡度上,滑行相對較慢。

      能夠保證自行車一直穩(wěn)定向前滑行的最小傾斜坡度取決于自行車的滾動阻力系數(shù)。實際上,計算最小斜率(斜率指在一定水平距離上的水平落差)的公式非常簡單:最小斜率=滾動阻力系數(shù)。

      “坡度等于摩擦系數(shù)”(滑動摩擦和滾動阻力以不同的方式發(fā)生作用,但在這類問題上,它們的系數(shù)是等價的。如果你想更加精確,你可以將它們稱為“阻力系數(shù)”,不過更常用的術(shù)語是“摩擦系數(shù)”)在物理學上是一條很便利的一般規(guī)則:物體表面之間的摩擦系數(shù)等于物體能在其上發(fā)生滑動的最小坡度。(靜摩擦系數(shù)是物體剛剛能在其上滑行的那個斜率,通常是較低的。動摩擦系數(shù)是初始階段施加一個力就能使物體在其上滑行的斜率。)

      在理想情況下,一輛性能良好的自行車,其滾動阻力系數(shù)可以低至0.002,或者1/500。這就意味著,要在水平方向移動800千米,需要一個不小于1.6千米的垂直落差。從紐約到洛杉磯,大概有4000千米,要想滑行完這段距離,起始處的垂直高度則要不低于8千米——這個高度已經(jīng)高于北美最高峰的海拔了。我建議帶上氧氣瓶。

      但我要事先提醒一下:這趟旅程需要花費一段時間。自行車的滾動阻力主要來自其滾動時輪胎變形的方式,而與你滑行的速度沒有多大關(guān)系。另一方面,當你加速時,空氣阻力會增大,而且在絕大多數(shù)情況下,空氣阻力就是作用于一輛運動中的自行車的主要阻力。要計算出一輛自行車在下坡時的滑行速度,你需要求出一個點。在這個點上,空氣阻力與重力造成的向前的拉力相平衡。在這種情況下,自行車將不再加速。

      對于坡度0.2°或0.3°的極緩下坡,自行車幾乎滑動不起來,最高速度也慢于平常踱步的速度。要想達到一個能使重力和阻力平衡的速度,就需要把坡度再加那么一些。這樣,紐約和洛杉磯之間的水平落差,就要比之前說過的已經(jīng)高得不可思議的8千米還要高!

      但至少自行車是一種相當擅長滑行的機械?;╇m然也是一項擅長滑行的運動,但滑雪運動過程中的阻力系數(shù)比自行車的滾動阻力系數(shù)要高大約10倍。

      從洛杉磯滑雪去紐約,完成同樣的路程,滑雪者的起始速度要比騎自行車的起始速度快10倍。這就不是從山頂出發(fā)的問題了,而是要從天際出發(fā)了。所以,不存在這樣的場所,不僅因為我們根本建不成這么高的斜坡,還因為即使在低溫情況下冰雪也是不穩(wěn)定的。

      實踐過程中,在理想情況下的坡道上,自行車能滑行的水平距離大概最遠不會超過幾百千米,而且這要求一種非常理想的情況。在現(xiàn)實情況中,這種滑行的最長距離可能是從哈雷阿卡拉火山騎自行車沖下山,從大約3000米高的地方一路沖到海平面位置,路程大約56千米,一路上都不需要踩踏板。

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