自行车
速度和阻力的交锋

车轮上的文章

人体能提供的动力是有限的，为了让自行车跑得更快，就要尽量减少骑行中的各种阻力。自行车的速度，除了取决于传动装置是否能有效地传递运动员输出的能量，另一个重要的因素就是自行车和运动员能否克服空气阻力。有研究显示，比赛中时速超过40公里时，运动员的大部分体力都用于对抗空气阻力了。既然速度不能减小，那么就要从接触面积上下文章，因此，自行车运动员开始穿着紧身衣以减小风阻，同时赛车的设计不仅仅考虑其机械强度，也逐渐重视起空气动力学因素来。

现代自行车的车轮，最常见的是辐条式结构，30多根钢丝把车圈和车轴连在一起。它是最牢固的轮组结构之一，能承受来自各个方向的冲击，一旦轮圈发生了少量变形，也很容易通过调节钢丝的松紧来让它复原。

图1

图2

图3
轮与空气的赛跑
物体前进方向上的截面积越大、运动速度越快，所受空气阻力就越大，所以偏重于竞技而不是代步性质的自行车，为了减少空气阻力，设计的时候会尽可能减少其轮上的辐条（图1，2）。健儿在一整块的封闭轮上风驰电掣，也是赛场上的常见一景（图3）。

但是辐条式轮组也有一个缺点：当车轮滚动时，钢丝辐条划过空气会产生很大的阻力，辐条的数量越多，空气阻力就越大。因此为了让自行车跑得更快，辐条越减越少，从最初的36根减少到24或者20根，甚至只有十几根辐条也不在少数。随着碳纤维复合材料的应用，像电风扇叶片那样只有三四根支撑条的轮组也出现了，甚至还有用一整块碳纤维材料制成的封闭轮，可以让迎风、逆风或者静风骑行时空气阻力减到最小。但是这种车轮只有在场地自行车比赛等特殊场合才使用，因为平时骑着这样的车，如果侧面刮来一阵大风，难免会东倒西歪。

让运动回归到人

1970年以来，自行车制造业掀起了一场减少空气阻力的热潮，不仅对于车轮，车身上的各个部分也出现了空气动力学设计，车架钢管的横截面做成了水滴形，车把、变速器，甚至刹车把手这样的小零件也加上了流线型的外观。骑行时空气阻力越来越小，各类比赛的成绩迅速刷新。1988年，人类1小时场地骑行纪录第一次突破了50公里。