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要想在美国大陆上完成这样的滑行,需要的坡度实在是太陡了,根本不可能做到。但是我们可以退而求其次,我建议选择夏威夷群岛的毛伊岛进行这次滑行旅行。
首先,要解决物理学问题。自行车沿坡度下滑时,在一段足够长的斜坡上自行车将达到一个稳定的滑行速度。在一个陡峭的山坡上,滑行速度会很快,而在一个和缓的坡度上,滑行相对较慢。
能够保证自行车一直稳定向前滑行的最小倾斜坡度取决于自行车的滚动阻力系数。实际上,计算最小斜率(斜率指在一定水平距离上的水平落差)的公式非常简单:最小斜率=滚动阻力系数。
“坡度等于摩擦系数”(滑动摩擦和滚动阻力以不同的方式发生作用,但在这类问题上,它们的系数是等价的。如果你想更加精确,你可以将它们称为“阻力系数”,不过更常用的术语是“摩擦系数”)在物理学上是一条很便利的一般规则:物体表面之间的摩擦系数等于物体能在其上发生滑动的最小坡度。(静摩擦系数是物体刚刚能在其上滑行的那个斜率,通常是较低的。动摩擦系数是初始阶段施加一个力就能使物体在其上滑行的斜率。)
在理想情况下,一辆性能良好的自行车,其滚动阻力系数可以低至0.002,或者1/500。这就意味着,要在水平方向移动800千米,需要一个不小于1.6千米的垂直落差。从纽约到洛杉矶,大概有4000千米,要想滑行完这段距离,起始处的垂直高度则要不低于8千米——这个高度已经高于北美最高峰的海拔了。我建议带上氧气瓶。
但我要事先提醒一下:这趟旅程需要花费一段时间。自行车的滚动阻力主要来自其滚动时轮胎变形的方式,而与你滑行的速度没有多大关系。另一方面,当你加速时,空气阻力会增大,而且在绝大多数情况下,空气阻力就是作用于一辆运动中的自行車的主要阻力。要计算出一辆自行车在下坡时的滑行速度,你需要求出一个点。在这个点上,空气阻力与重力造成的向前的拉力相平衡。在这种情况下,自行车将不再加速。
对于坡度0.2°或0.3°的极缓下坡,自行车几乎滑动不起来,最高速度也慢于平常踱步的速度。要想达到一个能使重力和阻力平衡的速度,就需要把坡度再加那么一些。这样,纽约和洛杉矶之间的水平落差,就要比之前说过的已经高得不可思议的8千米还要高!
但至少自行车是一种相当擅长滑行的机械。滑雪虽然也是一项擅长滑行的运动,但滑雪运动过程中的阻力系数比自行车的滚动阻力系数要高大约10倍。
从洛杉矶滑雪去纽约,完成同样的路程,滑雪者的起始速度要比骑自行车的起始速度快10倍。这就不是从山顶出发的问题了,而是要从天际出发了。所以,不存在这样的场所,不仅因为我们根本建不成这么高的斜坡,还因为即使在低温情况下冰雪也是不稳定的。
实践过程中,在理想情况下的坡道上,自行车能滑行的水平距离大概最远不会超过几百千米,而且这要求一种非常理想的情况。在现实情况中,这种滑行的最长距离可能是从哈雷阿卡拉火山骑自行车冲下山,从大约3000米高的地方一路冲到海平面位置,路程大约56千米,一路上都不需要踩踏板。
首先,要解决物理学问题。自行车沿坡度下滑时,在一段足够长的斜坡上自行车将达到一个稳定的滑行速度。在一个陡峭的山坡上,滑行速度会很快,而在一个和缓的坡度上,滑行相对较慢。
能够保证自行车一直稳定向前滑行的最小倾斜坡度取决于自行车的滚动阻力系数。实际上,计算最小斜率(斜率指在一定水平距离上的水平落差)的公式非常简单:最小斜率=滚动阻力系数。
“坡度等于摩擦系数”(滑动摩擦和滚动阻力以不同的方式发生作用,但在这类问题上,它们的系数是等价的。如果你想更加精确,你可以将它们称为“阻力系数”,不过更常用的术语是“摩擦系数”)在物理学上是一条很便利的一般规则:物体表面之间的摩擦系数等于物体能在其上发生滑动的最小坡度。(静摩擦系数是物体刚刚能在其上滑行的那个斜率,通常是较低的。动摩擦系数是初始阶段施加一个力就能使物体在其上滑行的斜率。)
在理想情况下,一辆性能良好的自行车,其滚动阻力系数可以低至0.002,或者1/500。这就意味着,要在水平方向移动800千米,需要一个不小于1.6千米的垂直落差。从纽约到洛杉矶,大概有4000千米,要想滑行完这段距离,起始处的垂直高度则要不低于8千米——这个高度已经高于北美最高峰的海拔了。我建议带上氧气瓶。
但我要事先提醒一下:这趟旅程需要花费一段时间。自行车的滚动阻力主要来自其滚动时轮胎变形的方式,而与你滑行的速度没有多大关系。另一方面,当你加速时,空气阻力会增大,而且在绝大多数情况下,空气阻力就是作用于一辆运动中的自行車的主要阻力。要计算出一辆自行车在下坡时的滑行速度,你需要求出一个点。在这个点上,空气阻力与重力造成的向前的拉力相平衡。在这种情况下,自行车将不再加速。
对于坡度0.2°或0.3°的极缓下坡,自行车几乎滑动不起来,最高速度也慢于平常踱步的速度。要想达到一个能使重力和阻力平衡的速度,就需要把坡度再加那么一些。这样,纽约和洛杉矶之间的水平落差,就要比之前说过的已经高得不可思议的8千米还要高!
但至少自行车是一种相当擅长滑行的机械。滑雪虽然也是一项擅长滑行的运动,但滑雪运动过程中的阻力系数比自行车的滚动阻力系数要高大约10倍。
从洛杉矶滑雪去纽约,完成同样的路程,滑雪者的起始速度要比骑自行车的起始速度快10倍。这就不是从山顶出发的问题了,而是要从天际出发了。所以,不存在这样的场所,不仅因为我们根本建不成这么高的斜坡,还因为即使在低温情况下冰雪也是不稳定的。
实践过程中,在理想情况下的坡道上,自行车能滑行的水平距离大概最远不会超过几百千米,而且这要求一种非常理想的情况。在现实情况中,这种滑行的最长距离可能是从哈雷阿卡拉火山骑自行车冲下山,从大约3000米高的地方一路冲到海平面位置,路程大约56千米,一路上都不需要踩踏板。