Thành phố, khách sạn, điểm đến29-30 May, 2 Khách, 1 đêm
Tìm kiếm
Ngày đến Wed, May 29
1
Ngày vềThu, May 30
Số phòng, số khách1 phòng, 2 người lớn, 0 trẻ em

Vật lý của việc lướt gió trong Cuộc đua xe đạp Tour de France

Bởi: Minprice.com
26/03/20240like

Sức mạnh là điều quan trọng nhất trong đua xe đạp đường phố như Tour de France. Nếu bạn muốn di chuyển trên chiếc xe đạp ở một tốc độ không đổi, bạn phải sử dụng năng lượng. Không có chuyến đi miễn phí. Nhưng có một điều có thể tạo ra sự khác biệt lớn trong việc sử dụng năng lượng của người đua - đó là người đua khác. Bằng cách đi xe rất gần phía sau một người đua khác đang di chuyển ở cùng tốc độ, con người có thể có được một lợi thế. Chúng ta gọi điều này là lướt gió. Bây giờ, để cho thấy cách nó hoạt động!

Dưới đây là sơ đồ lực cho một người đua xe đạp di chuyển ở tốc độ không đổi trên địa hình phẳng.

Đối với một vật (bất kỳ vật gì) di chuyển ở tốc độ không đổi, phải có tổng lực bằng không - đó chỉ là cách vật lý hoạt động. Trong trường hợp này, có lực hấp dẫn đang kéo xuống chiếc xe đạp (cùng với người đua) cùng với lực của đường đẩy lên. Hai lực này có cùng độ lớn sao cho chiếc xe đạp không tăng tốc lên hoặc xuống (điều này tốt, vì một chiếc xe đạp bay ra khỏi đường sẽ trông kỳ lạ). Những lực này không thực sự là vấn đề.

Chưa xác định

Trong hướng ngang, lực mà một người đua phải đối mặt là lực đối lực không khí. Bạn biết nhiều về đối lực không khí hơn bạn nghĩ. Chỉ cần đưa tay ra khỏi cửa sổ ô tô đang di chuyển và bạn có thể cảm nhận được lực này khi nó đẩy lại tay bạn. Bạn càng di chuyển nhanh qua không khí, lực này càng lớn. Trên chiếc xe đạp, bạn phải đẩy chống lại không khí này để di chuyển với tốc độ không đổi. Thực sự, lực đẩy này là do ma sát giữa lốp và đường, nhưng bạn có thể coi người đua là nguồn gốc cuối cùng của lực này.

Mô hình phổ biến nhất cho lực đối lực không khí là tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ của người đua.

Lực đối lực không khí cũng phụ thuộc vào những thứ khác—như mật độ của không khí và kích thước cũng như hình dạng của vật thể. Thực sự, đối lực không khí là một số vấn đề phức tạp. Tuy nhiên, trong trường hợp này, tôi chỉ đặt tất cả những "thứ khác" đó trong hệ số C.

Bây giờ là một chút vật lý hơn—định nghĩa về công. Nếu một lực đẩy lên một vật qua một khoảng cách nào đó, lực đó thực hiện "công" (có thể thay đổi năng lượng của vật). Công được định nghĩa như sau:

Trong biểu thức này, F là lực, s là khoảng cách mà lực di chuyển, và θ là góc giữa lực và sự di chuyển. Vì lực ma sát đang đẩy theo hướng chuyển động của chiếc xe đạp, θ bằng không và cosin của không bằng 1.

Vậy khi một con người đi xe, con người phải đẩy với một lực nào đó qua một khoảng cách nào đó, và điều này tốn năng lượng. Nhưng còn về công suất? Công suất là tỷ lệ mà một cái gì đó sử dụng năng lượng. Vì tôi đang nói về công việc được thực hiện bởi con người, tôi có thể định nghĩa công suất như sau:

Nếu khoảng thời gian (Δt) được đo bằng giây và công được đo bằng Joule, thì công suất sẽ được tính bằng watt. Bây giờ hãy kết hợp tất cả điều này lại với nhau. Công phụ thuộc vào lực đẩy, và khoảng cách di chuyển và công suất phụ thuộc vào thời gian di chuyển này diễn ra.

Có vẻ phức tạp, nhưng thực sự không quá khó khăn. Khoảng cách chia cho thay đổi thời gian chỉ là tốc độ của người đua. Nhưng lực cũng phụ thuộc vào tốc độ, vì vậy nếu tôi đưa biểu thức về đối lực không khí vào đây, tôi sẽ có:

Và đây là vấn đề về công suất của bạn. Công suất cần thiết để di chuyển ở tốc độ không đổi tỉ lệ với vận tốc lên mức lũy thừa thứ ba. Vì vậy, tăng gấp đôi tốc độ của bạn sẽ tăng công suất cần thiết lên tám lần. Điều này là quan trọng. Đây là lý do tại sao người đua mặc quần áo săn chắc và nghiêng xuống trên xe đạp thay vì đi đứng. Cả hai hành động này giảm hệ số đối lực để giảm lực đối (và do đó giảm yêu cầu công suất).

Bạn có thể giảm công suất bằng cách giảm tốc độ, nhưng có lẽ bạn sẽ không thắng Tour de France bằng cách đi chậm. Điều đó có nghĩa là cách duy nhất để thắng là tăng đầu ra công suất hoặc giảm đối lực bằng cách nào đó khác. Đây là nơi một người đua khác hữu ích. Hãy tưởng tượng rằng bạn có thể nhìn thấy không khí khi một người đua đi qua. Chiếc xe và con người đẩy không khí này theo cách phức tạp, nhưng họ không để lại không khí không bị làm xáo trộn. Thay vào đó, có một dải không khí hỗn loạn sau người đua. Không khí hỗn loạn này dễ di chuyển hơn so với không khí thuần túy, giảm lực đối trên người đua đang sau. Lướt gió giảm tổng công suất cần thiết để đi ở tốc độ không đổi hoặc cho phép người đua đi nhanh hơn một chút với cùng một công suất.

Bạn có thể nghĩ rằng sự thay đổi trong đối lực không khí sau một hồ sơ nhỏ như một chiếc xe đạp là nhỏ, và nó chắc chắn không quan trọng như lướt gió sau một chiếc xe tải lớn. Tuy nhiên, đây là một cuộc đua. Mọi yếu tố nhỏ có thể tạo ra sự khác biệt giữa việc chiến thắng và không chiến thắng.

À, và nếu lướt gió sau một chiếc xe đạp có thể giúp người đua một lượng đáng kể, hãy tưởng tượng nếu có 10 người đua đằng sau. Tiết kiệm công suất có thể khá quan trọng. Đây là ý tưởng của đoàn xe lớn—nhóm lớn người đua giữ lại với nhau. Việc duy trì tốc độ với những người đua trong đoàn xe lớn là dễ dàng hơn nhiều—nhưng khá khó để thắng cuộc đua nếu bạn ở giữa nhóm. Nếu bạn muốn thắng, bạn phải thoát khỏi đám đông và tạo ra một động thái của riêng mình hoặc chỉ với một vài người đua khác. Thực sự, chiến thuật của việc lướt gió là điều làm cho Tour de France trở nên thú vị để theo dõi.


Những câu chuyện tuyệt vời khác từ MINPRICE
  • Mẹo tiết kiệm carbon tối ưu? Du lịch bằng tàu chở hàng
  • Máy bay bắn laser phát hiện kinh horrors của Thế chiến thứ Nhất
  • Đội ngũ quân sĩ sáng tạo của Quân đội Mỹ trong mơ về công nghệ
  • ESSAY ẢNH: Sự kỳ diệu hàng năm tại ngôi nhà thực tế của Siêu nhân
  • Đã đến lúc bạn tìm hiểu về máy tính lượng tử
  • Nhận thêm nhiều thông tin nội bộ của chúng tôi với bản tin hàng tuần Backchannel của chúng tôi