如何用物理学赢得环法自行车赛？

2013年，第一百届环法赛在7月下旬风光落幕，来自各国的顶尖好手无不使出浑身解数，除了要与其他队伍较劲，还得绞尽脑汁、机关算尽，只为拉拢「物理定律」站在自己这一边……

6月29日星期六，举世最富盛名的自行车竞赛「环法自行车赛」从科西嘉岛鸣枪开跑。这次是这项赛事的第一百届。众所瞩目的比赛焦点是英国选手克里斯‧弗洛姆（Chris

Froome）、哥伦比亚选手那洛‧昆塔纳（Nairo

Quintana）和西班牙选手荷昆‧罗德里格兹（Joaquim

Rodriguez）等领骑主角之间的较量。不过在他们背后还会上演一场物理定律的角力。

约3400公里的赛程在巴黎画下句点。7月21日，弗洛姆首度披上总冠军的黄衫，证明自己最能成功把推动自行车前进的「正面力量」增到最强，同时把拖慢车速的「负面力量」减到最小。

第一个赛段是从科西嘉南部的韦基奥港（Porto-Vecchio）骑到岛屿北部213公里外的巴斯蒂亚（Bastia），170名自行车手卖力踩踏，在此首度遭遇种种阻抗的力量。重力、空气阻力、滚动阻力和摩擦力等都会消耗能量，拖慢进程。

某些阻力在赛事开始前就已经决定了，车手在起点一坐上座垫，对这些阻力就束手无策了。试举滚动阻力为例，这是阻抗轮胎滚过路面前进的作用力。自行车加车手的总重让轮胎接触地面的部分变形。轮胎并不会以导致变形的同等能量回弹，而是失去部分能量化为热能。研究显示，当车速约达每小时14公里，滚动阻力约占全部阻力的五成。

为抗衡滚动阻力，专业车手使用管胎（tubular tire），不用开放胎（clincher tire，台湾又称open胎）。开放胎是由内、外胎组合而成，装进轮框内夹紧，管胎轮组则舍弃了两件式组合和轮框，采用单件式轮胎，上胶直接黏在无夹缝的轮框上。由于少了包覆轮胎侧边的框缘，管胎的胎压就可以高于开放胎；环法车手行经韦基奥港到巴斯蒂亚等公路路段时，多使用120psi，不过前轮通常少打10 psi以利操控。这样可以让轮胎变形得最少，把滚动阻力降到最弱。典型公路汽车的胎压约为30 psi。

先进的管胎能削弱滚动阻力

自行车可动组件的摩擦也会导致能量损失，这全非车手所能掌控。不过多年下来，自行车设计师已经把摩擦力降到最小。一小时耐力赛前任纪录保持人格莱孟‧欧伯利（Graeme

Obree）说明：「你只要让链条和曲柄等传动系统保持油润不沾尘，效率就能达到98.5％。」欧伯利在1993和1994年用洗衣机零件组装成的单车打破一小时纪录，因此大出风头。

克服空气阻力

不过比起大气压力，滚动阻力和摩擦力的影响显得微不足道。6月底科西嘉的平均气温为摄氏26度，同时在海平面左右高度，一立方公尺干燥空气的质量约为1.2公斤。大气压力产生的空气阻力和车手的速度平方成正比，自行车手在空气中推进所需的功率则与速度的立方成正比，所以要使车速加倍，得花上八倍的功率。环法选手的车速一旦超过每小时54公里，他们就必须投入九成能量来克服大气压力。当然，如果他们位于「主车群」（peloton，指集体前进的车队）当中，又另当别论了。

「车手会在后方留下明显尾流。」与英国自行车协会（British Cycling）合作、美国TotalSim公司的计算流体力学专家罗勃‧刘易斯博士（Rob

Lewis）表示，「这种尾流是被他们拉着向前移动的空气，所以若紧紧尾随前方车手，进入这道尾流，结果就彷佛顶头风（逆风）转弱了。」这种效益相当明显：研究显示，当车速达到每小时55公里，后方尾随的车手就可以省下三成五的力气。

这幅模拟图可看到车手后方的尾流，尾流的大小相当于能量损失的多寡。

荷兰自行车手弗雷德‧罗姆佩伯格（Fred

Rompelberg）在1995年开创的辉煌成就彰显了这般牵引的威力。他在美国犹他州的盐滩尾随车尾装了超大整流片的高速赛车，创下时速268.83公里的纪录。这个实例很极端，却也为环法选手上了一课。欧伯利表示：「体格较小的车手最好前面有个较高大的车手领头，这样前方的就会像是后方的挡风玻璃。」

在环法自行车赛选手当中，英国选手马克‧卡文迪许（Mark

Cavendish）算是个头小的。他的身高约175公分，大半赛程他都稳稳跟在同队「勤务」（domestique）护航的车手后方，储备能量在最后全速冲刺。

像环法自行车赛这种竞技活动，看似微末的改变（不只是装备，还包括训练制度和比赛战术），决定了是谁在每天赛制结束时站上受奖台。英国自行车协会把这些细部微调称为「边际收益」(marginal gain)。到头来，这些刺激的赛事原来是细琐功夫与物理定律的大对决。

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