［馬里的科學實驗室］常見轉向助力有三— 電動助力轉向（Electronic Power Steering）#1
【電動助力轉向】
電動助力轉向（Electronic Power Steering），縮寫EPS，是上個世紀90年代後期開始才逐漸應用到量產車上的轉向系統，與液壓助力系統一樣，仍然是基於齒輪齒條式轉向機構而來，只不過助力機構從複雜的液壓機構變成了依靠電動機產生助力的系統。
【我解釋給您聽，文長必入】
電動助力轉向系統的結構非常簡單，沒有了液壓泵、儲液罐、液壓管路和轉向柱閥體結構，而是由傳感器、控制單元和助力電機所組成，在轉向柱位置安裝了轉矩傳感器，當方向盤轉動時，轉矩傳感器探測到轉動力矩，並將之轉化成電信號傳給控制器，車速傳感器也同時信號傳給控制器，控制器運算夠供給電機適當的電壓，驅動電機轉動，電動機通過減速機構將扭矩放大推動轉向柱或轉向拉桿運動，進而實現助力；如果不轉向的話，那電動助力轉向系統就不工作，將處於休眠狀態，而其根據速度可變助力的特性使方向盤在低速時更輕盈，在高速時更穩定，又更因為它不轉向時不工作，所以也多少節省了能源，其實，你也可以把它看成是普通液壓助力的升級版呀。
-
狂人日誌：http://madvnz.com
狂人日誌youtube頻道：https://youtu.be/K6e7ynljCtU
狂人日誌微博平台：https://www.weibo.com/6339865792/profile?topnav=1&wvr=6
#馬里的科學實驗室 #電子液壓助力 #EPS #通常配在高級車上 #也有人說低速轉起來假假的

【踩踏也有技術？】

這是我剛接觸到POSEMETHOD最驚訝的發現。原本我以為每個人的腳都在360度的圓上面踩踏，每個人都一樣，比得就是誰的力量大、誰的爆發力強，怎會有技術可言呢？

但我自己的確因為書中的技術使成績大幅進步，腿比較不會痠了，速度提升、心率也下降。過去一直想把這樣的「踩踏技術訓練」經驗分享給別人，因為這種感受實在太棒了。但因為各種原因，分享只能受限於之前東華大學的學生、Featherlight鐵人隊的一些夥伴和朋友……這次，特地請羅曼諾夫博士在台灣多留一天，由他親自把這樣的技術分享給台灣對騎乘技術有興趣的朋友，希望這樣的技術可以在台灣開始發芽。

這次也是我第一次正式聽博士講解，順便做了簡單的筆記分享如下：

●功率=力×力臂×迴轉數。騎乘時我們所用的力，就是體重。體重是我們的腿部支撐與轉動踏板的主要力量。

●除非我們在騎車時綁上安全帶，把自己緊緊繫在座墊上(或是用力抓住握把身體拉向下)，不能我們無法踩出比自己體重還重的力量。

●一般人認為「踩得更用力」的意思是靠腳用力往下踩，增加肌肉的緊繃感。然而，如果當肌肉變得更緊繃卻沒有把更多的體重轉移到踏板上，你所多花的力氣都是無效的，它並沒有辦法增加力矩，所以功率也不會增加。也就是說，更用力只是浪費能量，並沒有辦法使你騎得更快。

●腿部只是轉移體重的中繼傳遞站，我們透過雙腿把體重轉移到踏板上，車子因此前進；而體重來自重力，重力是我們前進的真正動力源頭。就像所有的人類的移動方式一樣，全都可以被簡化成一道非常簡單的公式：身體從支撐點上的平衡姿勢(靜止狀態)失去平衡，進而移動，接著身體轉移到新的支撐點形成另一次的平衡與失衡。在跑步時，支撐點顯然是在腳掌著地時形成；在騎車時，支撐點是當體重轉移到踏板上時。

●「力量大小」與「費力程度」兩者之間是不同的；力量大小取決於你轉移多少比例的體重到踏板上，而費力程度是指肌肉的緊繃感。緊繃的肌肉提供我們運用體重轉移到踏板上。肌肉的費力程度要能夠直接等同於分配到踏板上的體重，超過的話代表浪費力氣。

●腿部的功能是把體重傳輸到踏板上。當迴轉速增加(或轉動力矩下降)時，想要精準地在兩踏板之間轉移體重會變得更加困難。回轉速愈低，代表肌肉繃緊時間愈長，血流會遭到阻斷，增加心肺的負擔；反之，較高的轉速可使腿部快速收縮的肌肉變成另一種形式的幫浦，減少心臟的負擔。

●最大的轉動力矩發生在踏板通過三點鐘方向時(90度)，因為此時體重的方向剛好完全垂直屈柄。我們應該把力量(也就是支撐在踏板上的體重)集中在三點鐘方向，愈集中愈好。真正有效率的機械都會把力集中在一點上，就像活塞……就像你快速撥動前輪的動作一樣。所以，研究者發現經驗豐富的車手的力量比入門者更集中在踏板通過三點鐘方向時。

●所有的踩踏技術動作的目的都在開發技術知覺：腳掌通過三點鐘方向時把體重轉移到踏板上的技術。也就是三點鐘在哪裡？在轉速100時還要能抓得到，而且快速把體重轉移上去，一過四點就收回，不能延遲，這就是技術。

●分配到1-4點鐘方向的體重只要足夠使踏板轉動到目標轉速即可，要能夠學會運用最少的體重來轉動踏板。

●所有的踩踏技術都分成四個階段：
1、手掌、臀部都在支撐體重。
2、手掌離開握把。
3、臀部離開座墊。
4、手掌、臀部都離開支撐。
這是在訓練腳上承擔更多體重時轉移體重的能力(知覺)。

【在月球還是地球上跑步加速度比較快？】

剛好昨天看到姿勢跑法的美國官方臉書po了一個張太空人在月球上走路的畫面，讓我開始思考「月球上的重力只有地球的六分之一，所以在月球上跑步比較快嗎？」

答案是：在地球跑比較快。這是標準等案，每個人都會是一樣的結果。有月球上可以創上跳高的世界紀錄，但在地球上的百米衝刺成績會比較快。

在登上月球前，NASA在1968年就做過類似的實驗，實驗主題是：〈比較人類在地球和月球不同重力下走路與跑步之間步態的差異〉，在這篇研究中有三個跟跑步有關的結論：

1、在地球重力下的衝刺跑的加速度比月球快很多。
2、在月球上跑步時身體要比要前傾，手腳的擺動幅度也要比較大(為了平衡前傾的身體)。
3、NASA建議太空在在月球上移動要以跳躍動作為主，會比較節省體力，用走路或跑步反而會比在地球上還費力。

這個實驗的目的是NASA為了要確定太空人在月球上怎麼移動比較省力(比較節省氧氣)，所以在登陸月球前先做的實驗。實驗證實相同的速度下，月球上跑步比跳躍前進費力。所以他們後來設計的太空裝也會比較適合跳躍前進。因為月球上重力不夠，所以太空人並不容易進行跑步這項運動，連一開始走路都會有困難，反而像袋鼠一樣用跳的比較容易：https://www.youtube.com/watch?v=bDpwtnGS6uc

目前這項實驗的過程也被剪輯成兩分鐘的短片放上YouTube上，有興趣的朋友可以點下面連結觀賞(影片連結：https://www.youtube.com/watch?v=sVfI-MOX9hQ)。在月球重力下的跑者很難跟上地球上跑者的速度，而且跑姿會變得非常怪異，重心要變得非常前傾才能跑到相同的速度。正因為月球的重力只有地球的六分之一，所以要在水平方向上加速到相同的速度，他就必須更前傾才行→這正是關鍵所在。

➡︎論文原文出處：http://ntrs.nasa.gov/…/n…/casi.ntrs.nasa.gov/19660019917.pdf

在月球上跑步加速得比地球慢這件事實同時也證實了：我們跑步時向前進的加速度，並非來自腳上的地面反作用力，而是來自於重力加速度(g)。

利用附圖從物理上來解釋：跑步加速的第一個原因是轉動力矩，腳掌是支撐點，臀部是重心，轉動的速度愈快且角度愈大，加速度就愈大，但因為月球上的重力加速度太小，所以轉動的速度很慢，所以自然跑不快；第二個原因是，在月球上很容易就離地面造成騰空(或是說垂直振幅比較大)，所以兩次支撐的時間隔很久，沒有支撐就沒有加速度，所以在月球上很難加速，若要從靜止狀態開始起跑衝百米的成績絕對會慢很多。

這也是為什麼跑得快的跑者，垂直振幅都比較小，因為他轉換支撐較快。之前一篇文章分享過，從百米到馬拉松世界紀錄保持人的騰空時間都在160毫秒附近(文章連結：http://rocky549.blogspot.tw/2016/01/blog-post_20.html)

在月球上跑步的步頻會快不起來，原因是重力加速度(g)太小，騰空後無法即時把人往地面拉，所以人在空中的時間會比較長，使得轉換支撐變慢(步頻變慢)，加速度也變慢。相對來說「步頻快，沒有花太多騰空時間」的方式較佳，但這件事在月球上很難做到。

這個實驗引導出的結論是：不管是哪一種距離的跑者，都不會利用推蹬來增加騰空時間，對地面施力只要夠支撐體重即可，就像在騎腳踏車時對踏板施多的力會使身體上下起伏一樣，多的力是不必要的。換句話說：步頻愈快，利用重力的頻率愈高，支撐時的地面反作用力愈小，對肌肉、骨頭、關節和其他結締組織的衝擊也愈小。如果在支撐(腳掌著地)時主動對地面用力，不但會增加下肢的負擔，提高受傷的風險，還會降低步頻，進而使得重力的利用率降低，那當然就是沒有效率的跑法。

昨天剛好益弘也在研究尼可拉斯博士書中”Ground Reaction Force”這一章，他很興奮地說「看起來肌肉用力在推蹬前進，但其實只是支撐與等待轉換支撐而已」，說得極好，我們在跑步時其實只是要「主動」快一點把腳拉回來，讓轉換支撐的時間變短→角速度變快，速度自然就變快了。

所以正如尼可拉斯博士在書中不斷跟我們強調的：肌肉對地面用力可以加快速度是「幻覺」(illuston)，加速度是從重力來的，我們只要快一點把腳拉回臀部下方，加快轉換支撐的速度，同時增加支撐時的前傾角度，跑速就變快。

在網路上搜尋「Astronaut running on Moon」，可找到兩段太空人在月球上跑步的畫面，讓大家比較容易理解太空人在月球上真實的跑步模樣(在月球跑步：https://www.youtube.com/watch?v=CyOt6RUs9mE)

附圖出處：Pose Method of Triathlon, pp.340

((( 此版為最新108新課綱版本 )))
本課程完全免費，但若能搭配講義上課練習，不但加深印象，也方便大小考前複習，這樣對學生的學習效果最好。
講義訂購處：https://shopee.tw/712pro
費用只有補習班的1/10，平均一天不到10元，投資小錢換來課業的成就，該省嗎？
授課老師具有國中理化三十年以上教學經驗，對教材研究及講課重點能夠去蕪存菁，系統教學由淺入深，只要按部就班不用擔心學生學不會。
康軒、南一、翰林版均適用，進度班、私校班、資優班、重考班也適用。
加入粉絲頁按讚，隨時掌握國中理化教學資源：
https://www.facebook.com/劉老師理化免費資源網-502924696825420/

倒立陀螺的原理頗為複雜，
很多專業論文的討論牽涉艱深的數學，並不容易理解。

根據參考資料１，簡略的解釋倒立陀螺之所以會倒立的原因如下。
(1)結構必須是重心與球心的位置不一樣。一個質量分配均勻的球體轉動時，球心和重心的位置一樣，但是倒立陀螺的球體，由於缺了一部份（上半部），因此重心比球心略低一些。

(2)倒立陀螺轉動時，由於球面與地面的接觸點，不是位於轉動軸上，而會使接觸點產生滑動。

(3)由於接觸點進行滑動，因而產生摩擦力，此摩擦力產生了使陀螺倒立所需的力矩。

引用自 http://scigame.ntcu.edu.tw/power/power-023.html

本課程完全免費，但若能搭配講義上課練習，不但加深印象，也方便大小考前複習，這樣對學生的學習效果最好。
講義訂購處：https://shopee.tw/712pro
費用只有補習班的1/10，平均一天不到8元，投資小錢換來課業的成就，該省嗎？
授課老師具有國中理化三十年以上教學經驗，對教材研究及講課重點能夠去蕪存菁，系統教學由淺入深，只要按部就班不用擔心學生學不會。
康軒、南一、翰林版均適用，進度班、私校班、資優班、重考班也適用。
加入粉絲頁按讚，隨時掌握國中理化教學資源：
https://www.facebook.com/劉老師理化免費資源網-502924696825420/