自行车如何吸收掉落时的所有能量?


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有无数视频显示BMX /自由骑行/下坡等。骑手从高处跳下来。对于不专业的观众来说,他们似乎无法生存。从物理角度看,自行车以给定的动能到达地面,该动能取决于下落的高度以及骑手和自行车的总质量。所有这些能量在哪里消散?我认为大部分能量都被自行车吸收了,有些则被骑手吸收了。这种能量如何分布在自行车的各个部件中?

Answers:


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物理!
着陆大跃进就是消散令人讨厌的旧引力在您返回地球时所产生的惯性。您越能消除惯性,就不会杀死自己。
这里有几个因素在起作用:

  • 登陆的过渡。
    降落几乎总是向下倾斜。结合向前的动量和下坡,您的着陆要比在平坦地面上要软得多。这是您看到车手在着陆过渡时超车时受伤的主要原因之一。
  • 悬挂。
    一点点的暂停会走很长的路,很多的暂停会更进一步。甚至一英寸的力所能提供的冲击阻尼量是巨大的。考虑一下向后倒在床垫上与向后倒在高草丛或大雪中的感觉,距离相等。柔软的表面会降低您的速度并消除您的惯性,这使您无法像在混凝土上一样使头部裂开。受到冲击的自行车可以有8或10英寸(或更多)的悬架行程。消除影响要花费很多时间。甚至轮胎都有一点挤压,这对于BMX骑手尤为重要(这也是刚性山地车骑手倾向于使用大容量轮胎的原因)。
  • 正确着陆(如何利用自行车和自行车的悬架)
    请注意,大多数骑手如何先将后轮降落,尤其是在试验和街头BMX中较平的降落时。这进一步减小了冲击,因为骑车人可以在某种程度上连续利用自行车前后的力量。这对于刚性和悬挂自行车均有效。通过先落在后轮上,您可以将自行车用作各种杠杆-吸收部分冲击力并在前轮着陆之前降低身体的速度。如果通过支撑踏板和车把来适当地平衡体重,则可以实现此目的。对于带有悬架的自行车,效果甚至更大。当后轮撞击时,后减震器将吸收尽可能多的力,然后前轮下降,前叉将进一步吸收。相比之下,完全平坦着陆(两个车轮同时着陆)时,自行车提供的悬架大约只有前后减震组合的平均行程,而刚性自行车则只有轮胎。会给(哎呀!)。首先着陆后轮并不意味着您获得两倍的行程,但是它无疑使自行车有更多时间消散着陆力。
  • 膝盖和肘部(甚至更多的悬架)
    确实,这包括您的大部分关节-身体的任何部分都可以弯曲和移动以吸收冲击力。您不会看到骑手大跳而落地。那是因为他们正在使用自己的胳膊和腿来承受自行车无法承受的最大冲击。

当您将所有这些元素和谐地结合在一起时,您将获得相当大的运动量,尽管只需要花费一秒钟的时间就可以进行一次大的跳跃,但有足够的时间来减慢骑手的质量并阻止他们变得润滑脂点处的底部的Tooney掉落


这很好地解释了山地车风格的油滴,概念相似,但对于BMX和试验油滴的应用略有不同。使用相同的“正确着陆”风格,但夸张的是,这些自行车在平缓着陆时会以很小的速度掉落相当远的距离。
Glenn 2012年

同样不用说关节是大滴的一部分。
Glenn

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一切都很出色,但其中一个被错过了。自行车的几何形状也起着重要的作用,这就是为什么我们仍然沿用当今自行车的风格。自行车的双三角设计用于吸收道路上的振动/冲击,并从骑车者处转移。进行求解时,冲击力会重新指向三角形周围,并将力集中在主管焊缝上,而不仅仅是压缩,而是弯曲。大型撞车的冲击/膝盖/肘部/轮胎和极度宽松的几何形状在您遭受灾难性故障之前可以提供更大的力量。
主厨Flambe 2012年

@Glenn编辑以尝试更好地解释这些因素如何与试验和BMX自行车一起工作。
joelmdev

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+1红牛横冲直撞不仅在犹他州举行,还因为水滴底部的软土有效地提供了额外的行程,从而可以执行更大的水滴。
cmannett85 '01年

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您提到了动能,它显然必须走到某个地方。有时,您会受到接待,而自行车会高速行驶,但有时,就像在试车中一样,自行车会“平放”在普通混凝土上。有时,搭便车者也以快速的速度降落在平坦的混凝土上,并且液滴的动能的垂直分量至少消失了。

我只能说这种能量可以在三个地方传播:

  1. 大部分被骑手产生的减速力抵消。技巧和风格越多,可以吸收的能量就越多。通常,它是指伸肌进行离心收缩(在拉伸的同时施加力,以使关节运动减速/相反)。这意味着肌肉细胞的能量消耗来自食物热量。如果下降幅度较大,则大多数试骑者都喜欢先降落,因此他们有更多的时间来施加相同的力,并且在降落的每个部分都需要更多的肌肉群来起作用(这非常快,并且与练习技巧)。
  2. 在带有悬架的自行车中,由于油的高速粘性流动,很多动能可能会在阻尼器内部“消失”,从而增加了油温。现代的大行程极端自驾式悬架内部有很多油,以较低的流速(较大的孔,较大的阀孔)工作,因此油不会达到太高的温度。
  3. 最后,轮胎/地形界面的变形可能会吸收大量能量,并降低着陆的峰值减速度(冲击)。良好的着陆示例是柔软的沙滩,草和某些类型的泥土。

值得一提的是,自行车的刚性元件(框架,车轮)不会吸收动能,只会将力传递到其他地方。另外,只是增加了@ jm2的含义,关节仅传递力,并且(幸运的)不占用任何大量的能量:着陆动能是通过通过关节起作用的肌肉收缩而凝聚的。


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正如jm2所说的那样,车手可以选择更大的下落有很多原因。但是,由于您的问题是如何分配...

举个例子来看一下摇臂……自行车的垂直撞击会导致后下撑杆从曲柄的枢轴点向上移动。该运动(力)被重定向到上部后撑杆,并转移到吸收大部分力的减震器上,然后最终将最后一个力以垂直于骑手的角度传递到座管,而不是通过骑手。

这就是为什么没有将全部力量直接施加在骑手腿上的原因。

几何形状将最大的份额分配给10英寸的冲击力,这使骑手可以摔落20英尺而不必先破坏自行车,然后剩下的能量要少得多,从而可以吸收腿部和手臂。

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