经验技巧

自行车能爬多少度的坡,物理学家心里还是有点数

爬坡

你能爬上多少度的坡?

这是一个特容易引发牛皮接龙的话题,再加上人们普遍会混淆两种不同的坡度计量单位,都让这个话题充满了争议性。

今天,咱们就和来自美国东南路易斯安那大学的物理学教授瑞德·阿兰(Rhett Allen)一起来弄明白,自行车爬坡的极限度数是多少。

首先是来看坡度的定义,坡度是地表单位陡缓的程度,通常把坡面的垂直高度h和水平距离l的比叫做坡度i,百分比和度数都是坡度的表达方式,百分比的计算公式是 垂直高度/水平距离 * 100%,度数的是tanα=垂直高度/水平距离。

举一组例子,

高速公路的最大坡度是5%,3°;

停车库的最大坡度是15%,8°;

轿车的爬坡能力是36%,20°,某些越野车能爬上60%的坡度,差不多是30°,这也是普通建筑中楼梯的坡度;

100%坡度是45°,几乎就是悬崖的感觉,来张汽车的图感受一下。

爬坡

能爬多陡的坡不取决于动力

“如果你不在意爬升的速度,比如每秒零点几米,那么只要很少的摩擦力,你就能不断爬升。这就好像,用滑轮吊起重物,其实只需要一个功率很小的电动机。”

瑞德·阿兰(Rhett Allain)是美国东南路易斯安那大学的物理学教授,他在连线(Wired)杂志上有着自己的物理科普专栏。

理论上,只要找到一个合适的齿轮传动比,一个很小的动力就足以维持爬升。

然而现实无情打脸,一个很小的齿轮比,意味着车手要疯狂地转动双腿,维持极高的踏频,且一不小心就会因为太慢而摔车。

结合实际情况,爬坡的速度不能太慢,所以阿兰教授将爬坡的最低速度设定为步行速度,2米每秒。而后,他用非常专业的物理学方式进行了极其复杂的计算,最后得出,40%坡度是自行车所能挑战的最大坡度,此时需要做功422瓦,一个职业自行车运动员几乎都能够达到的功率值。

如果你也跟我一样想钻个牛角尖,想要看看,坡度达到多少时,不管我们输出多少功率,以及自行车的传动比是如何的,我们都无法再向上1米,那重心就成了一个关键词。

你唯独逾越不了的是重心

一个常识是,当坡度陡峭到一定程度时,我们就会倒退。

具体来说,当骑行者的重心垂直延伸线与地面的交点不在两个轮子和地面的接触点之间,我们就会倒退。

而骑行者的重心究竟在哪里呢?

Keith Bontrager,精英级别的Bikefitting技师,表示这个从概念的角度真的很难说明,不过他一般将重心设定在牙盘侧曲柄位于九点钟位置时,脚踏后3到4厘米的地方。

现在,为了弄清楚骑车人倒退的点,我们必须做一点三角函数计算:倾斜角度= 90° - [Tan-1(重心的高度 ÷ 后轮着地点到重心的水平距离)]。

按这个公式,我们得到了一个25.8°的临界点,即48%坡度。当然这是车手在爬坡过程中一直坐在车座上的情况。

当角度变得陡峭时,我们都会不由自主地离开坐垫,摇上两步。

如果按这种站姿摇车的重心重新计算,就会得到一个新临界点41°,即86.9%。这样看来骑行者甚至能征服每一个让越野吉普都汗颜的峭壁。

不过这组计算中,显著的少考虑一个因素,轮胎与地面的摩擦力。经常开车的都懂,坡度太陡时,轮胎会打滑,自行车也不例外。

爬坡

最先令人失望的总是轮胎摩擦力

hristian Wurmbäck是马牌轮胎的产品经理,他直言攀爬陡坡时,轮胎的摩擦力会是第一个失灵的。

“像橡胶这种复杂化合物的摩擦系数,你真的永远说不清,它干燥吗,它潮湿吗,它有多干燥,它有多潮湿...你永远得不到那个确切的可以用于一切场景的数据。”

“非要说的话,从沥青地面到潮湿的混泥土路面,轮胎的摩擦系数表现从0.3到0.9不等。”

阿兰教授乐观的将摩擦系数定为0.8,套入他复杂的公式后,轮胎的摩擦力只能支持爬到38.7°,即80%左右的坡度。

然而0.8的估计始终太乐观了,考虑到道路建设中,30%的坡道都是由混凝土构成,而不是柏油碎石路,运动时橡胶的摩擦系数会下降到0.6,套入阿兰教授的公式,得到的坡度是60%左右。

当你自信拥有足够强的动力,合适的尺比以及超凡的重心控制,依然会被60%的陡坡击败,因为你的轮胎会出卖你,除非你的骑行服里常备一瓶502。

好消息是,UCI国际自联定义的HC级爬坡(法语hors catégorie的缩写,意为“级别之外”,表示最艰难的爬升)也只是10公里以上的爬坡配上7.5%的平均坡度。

你能爬上多少度的坡呢?欢迎来评论区互相伤害呀!

(本文转载自微信公众号“骑行好物”)

责任编辑:小钰

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  • 热门评论
  • 康塔多Forever 2019-01-21 15:32

    本地的西山森林公园,曾经让自行车上去的时候啪过几次,平均坡度大概17%左右,盘山路的转弯处比较陡,在20%以上。通往山顶小亭子的那条水泥小道坡度应该达到了33%。至于说我怎么上去的?两成骑车,八成推车。

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    • 肥胖妹子冬瓜 2019-01-21 20:00

      你是昆明的?

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    • 康塔多Forever
      回复肥胖妹子冬瓜
      2019-01-21 20:41

      全国最大雾霾城

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    • 徳井青空 2019-01-21 22:05

      你是昆明的?还是北京的?昆明和北京都有“西山森林公园”的?

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  • St.lucifero 2019-01-21 20:07

    这个研究做的毫无意义 前者说明422瓦时能以2m/s的速度移动 但骑车的都知道 爬坡功率都是假的 功体比才是决定速度的关键 100kg和50kg的人输出422瓦速度能一样? 其次2m/s换算成时速是7.2km/h 这个速度平路维持平衡都难 在坡道上的话基本是停脚即摔的速度了 无意义   后者的话 既然无法考究摩擦系数 那么在一个变量不确定的时候 其他研究都无意义

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    •  默默 2019-01-21 23:39

      你应该不骑车吧?或者没爬过坡!

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    • 王猛布斯 2019-01-22 03:24

      7.2km/h爬15%以上的坡速度也就维持这样了,有时候只有5km/h,楼主爬过坡吗,这速度在爬坡的时候绝对不会倒下

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    • St.lucifero 2019-01-22 07:32

      麻烦说我不会骑车没爬过坡的先看清楚我说了啥再来张嘴?

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  • 刘子光 首席评论员 2019-01-21 15:44

    钢铁厂员工表示多么陡的坡也不怕,因为我们有绞盘……

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    • 康塔多Forever 2019-01-21 16:00

      不仅有绞盘,还有天车

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    • 亢奋的嘎嘎 2019-01-22 20:38

      休闲骑玩家表示我不爬,我选择推车

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  • duty3 2019-01-21 19:08

    不如研究一下压弯角度极限

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    • 小朙… 2019-01-22 08:54

      这时候是弧度

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    • 康塔多Forever 2019-01-22 09:00

      老铁是准备学MOTO GP玩侧挂吗?

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  • megathrun 2019-01-21 15:23

    180w的大腿配上34盘32飞,15%差不多已经是极限

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    • 南木头 2019-01-23 11:02

      菜腿+1

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  • GreenXC 2019-01-29 22:52

    27%

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  • M豆豆 2019-01-25 14:14

    多大的坡我都能爬!!!哦,我说的是向下!!

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  • wangyue9 优秀评论员 2019-01-25 11:30

    珍爱生命,远离爬坡

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  • 那只猫 2019-01-24 07:57

    山地,爬过的最大坡度26%,说自己爬过40%+坡度的先自己买个好点的码表吧

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  • FrankB. 2019-01-23 18:06

    山地XC圈里骑过一段57%的,那一段平均500W。疯狂前压才能骑。

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  • 云梦没有梦 2019-01-23 16:38

    我能爬上多少度的坡,我自己也不知道

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  • huangj003 2019-01-23 15:15

    张家界天门山的坡有多大

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  • 书释微书释微 2019-01-23 12:02

    时至今日仍然能记起我那个说能爬90度坡的同学...

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    • 漫步湫林 2019-01-25 23:36

      奖励他一件红色斑点衫吧

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  • 南木头 2019-01-23 11:01

    鬼笑石我推着上都费劲

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  • 好风长吟127127 2019-01-23 09:35

    好吧,我对这个完全没有概念

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特约撰稿人 公路车爱好者,对爬坡有着狂热的执著。“怎么吃都不胖”,也许是自行车方面唯一的天赋。曾经奔波于内地各种爬坡赛场,毕业后受美骑感召,弃暗投明专心工作。喜欢改装,玩车即折腾。维修信条是:从结构上解决问题。由于对骑游天气的神预测荣获大法师称号,期待一场真正的休闲骑!

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