小时记录的物理学

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上午11:18分28.10.21分

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亚历克斯·达斯特小时记录黄色小商标运动衫欧宝平台张信哲

11月3日理查德·道金斯2021年,亚历克斯·道塞特将再次尝试创造小时记录。为了成功,亚历克斯和他的团队需要大量的计划和一点物理知识。小时记录不只是出现然后看你怎么走的问题。每一次尝试,都会有一个由科学家、航空工程师和其他研究人员组成的团队进行计算、数字运算和编码,以计划骑手必须跑多远。

Alex在他的YouTube频道上说,他需要保持340W以上的尝试才能成功。这听起来并不多,但在海拔近1900米的地方,折叠着骑在一辆TT自行车上,以这样的速度骑行可不是件容易的事。这篇文章不会详细介绍一小时记录背后的科学细节——坦白地说,没有时间——但它的目的是让你了解一个物理学家可能如何解决这个问题。

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在我们开始之前,有必要考虑一些物理规则,这些规则你可能在学校里学过,甚至见过在这里.这些就是艾萨克·牛顿的运动定律——今天我们关注的是其中的第一和第二定律(共有三条)。

牛顿第一运动定律指出,一个静止或匀速运动的物体,除非受到外力的作用,否则将保持静止或匀速运动。当你在赛车场周围骑车时,显然会有很多力在发挥作用,而且这些力都在不断变化,但这条定律是一个需要记住的有用的近似定律。牛顿第二运动定律指出,物体的加速度与作用在物体上的力成正比。这是一个有用的法则,可以在起跑的背景下考虑——因为小时记录要求车手开始时静止不动。

物理学家可能会做的一件事就是把一个复杂的情况简单化。这是为了使发现和讨论基本原理更简单。为了使小时记录的过程尽可能简单,我们将尝试分为两个阶段。第一阶段让亚历克斯加快速度。第二阶段是保持这个速度。牛顿第二定律处理加速度,牛顿第一定律处理保持速度。

为了打破记录亚历克斯需要以每小时55.089公里的速度骑行一小时,而且要从站着出发。加速是一种平衡行为——你加速得越快,你就必须骑得越慢,但从生理角度来看,加速得越快,效率就越低。这就像在你的车里加速会消耗更多的燃料一样。我们经常看到的是,车手们在试图创造小时记录时讨论一个“时间表”——他们会为每一圈设定目标,通常在努力的过程中,教练会告诉他们每一圈的时间。自行车电脑不允许记录小时。

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这里我们有一些不同时间安排选项的模型图,虚线绿色表示当前记录,两条实线是不同的节奏选项。这表明,如果创建橙色和蓝色线的数字的平均值大于绿色虚线,就有多种方法打破记录。如果我们看这两条实线,我们会看到蓝色的线快速加速,然后保持在一个较低的恒定速度,而橙色的线在整个过程中缓慢加速。实际上,这些差异并不像图中所示的那样明显,但它告诉我们有许多方法可以接近记录。亚历克斯说他会“按照维克多的时间表”,并试图在最后把它取下来。

一旦亚历克斯达到一个恒定速度,我们就可以开始考虑所有作用在他和他的自行车上的力这些力要么使他减速,要么使他加速。在现实中,情况要复杂得多,因为他在赛车场中行进,几乎不断地改变方向。为了我们分析的目的,我们假设他以恒定的速度做直线运动。这允许我们讨论大多数重要的原则,而不增加复杂性。

我们可以列出一个粗略的力列表,当然,这个列表中的每一项都可以进一步分离——我们总是可以让物理变得更复杂,但思考一个问题的关键是让你的系统尽可能简单。力量……

  • 他的腿,亚历克斯正在(相当用力)踩踏板
  • 空气和空气的摩擦减慢了亚历克斯的速度
  • 地板,与地板的摩擦也减慢了亚历克斯的速度
  • 自行车的摩擦和运动部件产生的热量也让亚历克斯慢了下来

我们可以把它写成一个方程然后我们可以用它来解一些问题。我们知道推动Alex前进的力等于使他减速的力——因为他的速度是恒定的。

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这个方程可能看起来很复杂,也可能很简单,这取决于你的背景。对于我们的目的,代数到此为止,但是我们会看看方程中的每一项。首先,我们知道等号左边的项,等于右边所有的转数之和。让我们逐一考虑右边的所有项。

第一项代表亚历克斯花费尽可能多的时间试图最小化的阻力。他花了很多时间在风洞中,从Vorteq为他定制的套件,测试他的Factor赛道自行车,以及测试哪种车轮组合是最快的。你经常会听到骑自行车的人说这是一个决定阻力大小的数字。亚历克斯在每一场风洞比赛中都努力降低这个。这是Alex的情况中最重要的因素,他的阻力将比其他任何因素都更慢。他为这一尝试定制了一套皮衣,以适应环境和他的体型,使他尽可能地符合空气动力学。

我们询问了Alex关于他的风洞测试的情况,在上面的视频中。他说,“最近的测试证实了已经完成的工作转化为完整的包。我已经做了很多测试,没有什么惊喜的收获。我们所知道的因素是快速的,并且它是如此广泛,以至于我们不需要担心车轮/框架的相互作用。HJC一直是我戴上最快的头盔,我们在了解到Kask Mistral在很多车手身上表现良好后,测试了大尺寸,但它并没有更快。我认为我们已经达成了最好的安排,这鼓励我们不必为任何实质性的赞助商妥协。”

第二个表示Alex骑的自行车的摩擦力。当两个物体的表面相互摩擦时,就会产生摩擦,从而使能量以热的形式释放出来。任何以热量形式释放的能量对亚历克斯来说都是坏消息,这些能量本来可以被用来做向前运动。经过专家处理的链条和陶瓷速度轴承将帮助亚历克斯在他的小时记录尝试中尽可能地减少这种情况。

第三个代表轮胎和地板之间的摩擦力。亚历克斯将努力测试和选择最快的轮胎,以及这些轮胎的气压。如果你想看看滚动阻力数据为你的下一次计时赛-在这里查看一个很棒的资源

物理学并不是唯一用于小时记录的科学学科。广义上讲,另外两种是营养和心理学。我们知道亚历克斯已经受审了"积极的硝酸加载“在英国锦标赛上,我们看到了在重要的日子到来之前做这些事情是很重要的。这有一些有趣的结果,我们相信亚历克斯学到了很多,并将钉他的比赛日营养。亚历克斯之前做过一个小时的记录,但在赛车场上竭尽全力地跑一个小时显然是一项精神挑战。这需要极大的专注力。在一项利润如此微薄的运动中,你只需要迷失几圈注意力,就会偏离计划或自我烹饪。

亚历克斯身边有一组科学家正在努力创造他的小时记录。欧宝平台张信哲虽然没有给他提供任何科学家,但我很自豪能支持这项努力,并相信亚历克斯·道塞特的小时记录尝试将在11月3日成功理查德·道金斯2021.

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