滾動阻力

滾動阻力到底是什麼?
滾動阻力就是輪胎滾動時損失的能量。能量損失的主要原因,是由於輪胎會不斷地變形。
每一條自行車輪胎,理所當然的,應儘可能不費力地滾動。相較於汽車,單車騎士只有 ( 非常有限的 ) 體能,當然要儘可能有效率地利用。除了滾動阻力之外,騎乘單車時還有其他阻力需要克服:空氣阻力會隨著速度的平方呈比例上升,在平路上,大約時速 20 公里,空氣阻力就已是主要的阻力來源了。加速也需要花費能量。例如,輪子的質量要旋轉帶動,因此輪子的重量就十分重要。當騎乘上坡時,主要必需克服的阻力是坡度阻力。除此之外,還有其他的磨擦阻力,如鏈條和其他的轉動零件。但若是維護保養良好的自行車,這部份的阻力只佔整體阻力的很小一部份。

 

那些因素會影響滾動阻力?

輪胎的氣壓、直徑、寬度、結構、胎紋/塊以及其他因素都會影響滾動阻力。在完全平坦的表面上,以下情況成立:充氣壓力愈高,輪胎的形變量愈小,滾動阻力就愈小。越野路面則正好相反:胎壓愈低,滾動阻力愈小。不管是堅硬的礫石路面和鬆軟的森林路徑都是如此。解釋如下:低胎壓的輪胎可順應貼合崎嶇的路面。輪胎沒入地面的深度較小,且整體轉動質量受到平整的路面的阻礙也較少。

小輪徑的輪胎在相同的充氣壓力下,具有較高的滾動阻力,因為輪胎的形變率較高,輪胎會被壓得更扁,因此變得“較不圓”。

寬胎滾動阻力較窄胎低。這個說法經常受到質疑,儘管如此,在相同的胎壓時,較窄的輪胎會壓扁得更嚴重,也就是形變量更大

顯而易見地,輪胎的結構也會影響滾動阻力。藉由使用較少的材料,減少被變形的材料量,且材料 ( 如膠合物 ) 的彈性愈好,形變造成的能量損失就愈少。一般來說,平整的胎紋/塊,比粗糙的胎紋/塊滾動得更順暢。高聳的胎塊及寬胎塊間隙不利於滾動阻力。

 

為什麼寬胎的滾動特性比窄胎好?

這個問題的答案就在輪胎的形變。每條輪胎在負載下都會稍微壓扁,而形成一個平坦的接觸面。在相同的胎壓下,寬胎和窄胎有相同的接觸面積。寬胎會延著寬度方向壓扁,而窄胎會有較狹長的接觸面。

壓扁的區塊可視為不利於輪胎滾動的因素。因為窄胎的壓扁區塊較狹長,輪子會失去更多的“真圓度”並且在滾動過程中產生更多的形變。而寬胎的壓扁區塊長度較短,且沿著滾動方向的變形量也比較少,輪胎可以保持“真圓”因此滾動的性能較佳。

  

為什麼職業自行車選手使用較窄的輪胎?

寬胎只有在相同的胎壓時,可以更省力地滾動,然而窄胎通常會用更高的胎壓騎乘,當然,這樣子的舒適性會比較差。

除此之外,由於較低的空氣阻力,窄胎在高速時較寬胎更有優勢。總之,較窄的自行車輪胎,輪子的轉動質量較低,因此更容易加速,車子也更加靈活敏捷。比如說當您騎在一個快速前進的集團中,且您必需要在一個急彎之後,瞬間由時速 20 公里加速至 40 公里才能跟得上其他人時,這方面的差異就舉足輕重了。

但是在時速 20 公里左右的定速,寬胎騎乘起來路感較佳。由於輪胎的彈性吸收了原本會傳遞至騎士身上的路面震動,進而節省能量,實際上節省的能量甚至比理論上還多。且愈來愈多的職業公路車選手傾向使用寬胎。寬度 18 毫米和 20 毫米的輪胎現在很難找得到。取而代之的是現行的標準寬度 23 毫米,而職業公路車選手也愈來愈常選用24 或 25 毫米的輪胎。