科普专辑 第 四 期

绿色交通工具—自行车的历史和其中的科学

   张  密

    自行车是一种不用消耗任何能源、无任何污染并能强身健体的骑行工具，是真正的绿色环保交通工具。我们国家是一个人口众多、幅员辽阔的大国，也是一个自行车的王国，每天有亿万群众骑行在自行车上，不单是健身强体，娱乐旅游，更多的作为交通代步，轻便运输的工具。为此我们国家在交通设施、法规条例方面，都作了特殊安排。交通道路上有专用的自行车道，红绿灯有自行车的标识，这使大批的骑行者感到便捷和安全，令许多发达国家的骑车人羡慕和向往。爱好自行车，充分利用自行车，这是我们国家的一大特色，也是一大优势。

但近年来，随着经济的发展，私家汽车的普及，各种交通工具的便利使自行车的功能受到挑战。但是，随之而来的城市交通拥堵，能源的大量耗用，废气及噪声对城市环境的污染。另外，从健康的需要考虑，现代人的体力活动大幅减少了，心血管系统和消化系统疾病大幅上升，肥胖和体质下降严重地威胁着人们的健康。这些迫使我们要重新审视这个问题。

一、     自行车的百年历史

过了三十年，法国人杜雷斯用类似方法制作了自行车，速度快多了。1818年德国人德莱斯发明了带有车把，前轮可以活动的木质自行车。1839年苏格兰铁匠制作了铁质的自行车，并首次加上了曲柄和脚蹬。

到了1879年英国人劳森发明了与现代自行车相似的车型,中装曲柄，用链条带动后轮。到了1888年英国人邓禄普发明了橡胶内外胎，使自行车基本定型。

清朝康熙年间（1662-1722年）黄履庄制作了一辆车子，用曲拐转动双轮，长三尺多，可以日行“八十里”，但没有推广。

让我们再来看看未来的自行车：

    该款车創作的目標是設計輕鬆且舒適的騎乘姿勢，透過蜂巢組織氣墊避
    震結構可以減輕車體重量並穩定結構。另外，載貨物夾具設計可提供使用者放置物品。

该款车採取坐姿騎乘方式，特殊的車體結構使騎乘者於騎乘時靠身體力
量便可改變兩輪距以及騎乘姿勢，達到運動與娛樂兼具之目的。

　

该款车為適合長程旅行用之家庭式兩人座自行車，可由電力輔助。並
且可簡易地將兩人騎乘改變為單人騎乘之車型，並在空間上縮短50%
左右，後面的駕駛座可轉變成貨物架，同時具有超炫的外觀。

二、     谈谈自行车的效率

自行车的效率是所有交通工具中最高的，哪怕是现代科技的精华与人类智慧的相结合所设计和生产出来的最先进的喷气式飞机，就效率而言也远远不如简单机械自行车。这个效率指的是“消耗单位能量而获得速度和前进的距离”。也就是消耗最少的能量而进行较快速度的行驶。从实际数据和实验室的测定都可以证实这一点。从法国人西布拉克发明自行车后200余年的自行车历史来看，自行车的效率是非常高的。举一个日常例子，如果扛着30公斤的米袋步行走路是非常累的。而如果骑着自行车载物30公斤，假如是一个妇女也可以毫不费力地用10-12公里速度行驶很长距离。先进的交通工具汽车和飞机的机械效率都达到20%，汽车的机械效率只能达到百分之十几，都比自行车低得多。自行车能达到50%以上。

三、     自行车消耗的能量

自行车消耗的能量效率和步行、汽车相比有明显的差别，一个人移动单位距离的能量消耗当量是以BTU单位计算，假设自行车为1时，则步行为5，汽车等公共汽车因有多人乘用，为40，小轿车因乘人少要消耗80。如果以换算成汽车运输时，自行车效率相当于用1升汽油把432个人运输1公里。

自行车的发明是人类幻想得到比步行更快的速度而产生出来的，而赛车集中于最高速度而设计的结构，可以说，它是自行车中最完善的形态。自行车的发动机就是骑车的人。

一个人骑自行车的最高速度，到现在还是1973年8月25日美国的阿兰·阿博特。223公里/小时，这是尾随装有防风设施的汽车后而所创造出来的记录。

美国奥林匹克选手伦斯卡林在加利福尼亚创造的71.5公里/时记录。

在墨西哥，法国选手杜兰丹的1000米用31分3秒91，相当于57公里/小时。

当然从其他角度，如快速，舒适和长途距离运输来看，自行车和汽车是各有特点。所以自行车作为短距离的交通工具，10-15公里半径范围内是最为适用的。

四、     自行车的功率和行驶阻力

自行车在行驶时，骑车人保持十几公里/小时速度时，功率大约在0.1马力，75w左右。它的做功主要消耗在行驶阻力上.。行驶阻力包括五类：滚动阻力、空气阻力、机械阻力、惯性阻力和坡度阻力。我们为了使自行车骑得更轻快，就必须减少这五类阻力。

a)       减少滚动阻力。大家都有体会，只要打足气，或者选择齿较浅的轮胎。

b)      减少空气阻力或者称为风阻力。风阻力是迎风面积和空气阻力系数再加上速度的乘积，那么我们就要减少迎风面积和空气阻力系数这两个因素。例如公路赛车弯把向下，使骑车人前倾，就可以减少30—40%的迎风面积，也就是说减少30—40%的风阻力。

c)       减少机械阻力。车子的各转动部件经常保养和上油。

惯性阻力和坡度阻力是自行车在起动和上桥时多用的力，这是无法减少的力。

五、     自行车可以大大减少环境污染

    自行车没有任何污染物，没有废气，没有噪声。

汽车排气中含铅，造成铅中毒，还有尾气中的一氧化碳、碳化氢、二氧化碳等。还有汽车震动、噪音等公害，还有光污染。

那么电动自行车对环境的污染怎么样呢？虽然电动自行车在行驶中不产生废气，但是它所使用的大量电池是污染源。目前电动自行车的电池还是铅蓄电池，而且在短时期内难以有更好的产品替代。在控制危险废弃物的巴赛尔公约中，有两种禁止的污染物“铅”和“废酸”是铅蓄电池的主要成分。而在巴赛尔公约的基础上我国又增加了两类：含“镍“和含“钡”废弃物，这样，新的替代电池镍镉电池也就列入其中了。在铅酸电池中，铅在整个材料中所占比例是很高的，占63%。虽然铅的回收率可达85%，但是专家估计，每年通过大气排放到环境中的铅在2万吨左右。铅是会在血液中积累的的，尤其对儿童的智力发育影响很大，并影响到子孙后代。所以电动自行车的发展前途还是令人耽忧的，是有争议的。

六、     自行车对强身健体有着不可替代的作用

  根据世界体育科学研究的结果，在跑步、慢走、体操、游泳等近百项体育项目中，骑自行车的健身功能名列第二。这是一项对心脏、肌肉、大脑等各部位都有特到的锻炼效果。有些心脏有毛病不能进行跑步等剧烈运动的人就适合骑自行车运动。而且有实用的方便，花在上、下班的路上，在骑行旅游途中，都可有鱼与熊掌兼得的功效。我们何乐而不为呢？

七、 发达国家非常重视自行车的发展

当越来越多的中国人开始丢开自行车，驾驶私家车上下班的时候，在汽车王国德国却涌现出越来越多的自行车上班族，他们每天穿着笔挺的西装，行驶在城市和乡村中，德国联邦统计局的数据表明，在德国每1000名居民中有814辆自行车，其中38%的人骑车上班，德国交通部2002年投资2亿欧元投入到自行车道的建设，使德国境内逐渐形成密集的自行车道网络。

在经历了半个世纪的汽车时代后，德国民众从上世纪90年代开始，在政府的鼓励下又开始青睐自行车。走在德国的任何一个城市，自行车道就像一条条彩带镶嵌在道路两边。德国的自行车道比汽车道稍高，比人行道稍低，有鲜艳的色彩。德国还在设计更先进的自行车道，在城市之间有“自行车高速公路”，最高时速50公里，高速公路里面还将设置大型流动气流装置，骑车人可以借助风力快速前进。

而英国将在几年内兴建一万公里的自行车专用道，还有对骑车上班的人进行补贴，对骑车人进行减税。

在日本，据日本国土交通省2002年3月统计，全国共有5300万辆私家车，也就是说，日本每2.4个人就有一辆自己的车，但是日本有不少企业明确表示，不允许员工开私家车上下班，例如丰田汽车公司就规定不允许员工上下班开车。特别在东京等大城市，使用私家车只有20%，绝大部分人乘坐公共交通系统，如地铁、电车、公交车。

  自行车历二百年之久，一直在发展，永不会被淘汰，将来更会大大发展。这是一项真正的绿色环保朝阳产业。我们要大声呼吁：为了节能，为了环保，为了强身健体，让我们多骑自行车！

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