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從大陸一端到另一端的滑行

2017-05-11 20:38:54
飛碟探索 2017年5期

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。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。

“坡度等于摩擦系數”(滑動摩擦和滾動阻力以不同的方式發生作用,但在這類問題上,它們的系數是等價的。如果你想更加精確,你可以將它們稱為“阻力系數”,不過更常用的術語是“摩擦系數”)在物理學上是一條很便利的一般規則:物體表面之間的摩擦系數等于物體能在其上發生滑動的最小坡度。(靜摩擦系數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系。另一方面,當你加速時,空氣阻力會增大,而且在絕大多數情況下,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。滑雪雖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比自行車的滾動阻力系數要高大約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的問題了,而是要從天際出發了。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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