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自行车胎压的换算问题

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发表于 2024-10-28 23:42:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
    每个骑自行车的人,不论你是长途骑行还是短途骑行,都会遇到车胎气压不足,需要用气筒打气,也会碰到因异物扎胎或者因骑行时间长车胎老化爆裂,导致不得不将内胎或者外胎换成新胎的情形。通常情况下,轮胎上的耐压数值是补气或者换胎的依据,国外通常使用英制计量单位,而国内通常使用公制计量单位,这就带来压力和压强单位互为换算的问题。许多骑车多年的骑友,对压强不同单位之间的转换互算,未必十分了解,有时甚至有些迷惑,本帖的目的并不是简单的告诉你一个答案,而是希望通过这番解释,让你对不同的物理单位有一个基本的了解,并且文中列出具体的换算步骤,希望你仔细看过本文之后,读者能具备独立换算的能力。
    无论是自行车还是汽车的轮胎或者是任何管道、容器等耐压产品,正规的压强标注单位是PSI, Kpa、Bar, 当然还有mmHg、标准大气压等,这些不同的物理单位看似眼花缭乱,其实有内在的联系和固定比例换算关系。
    先来解释一下压力和压强,压力很好理解,物体受到多少力,但很难准确公正地度量你受到压力的程度,无法做横向比较,只有比较单位面积上所受到的压力才更为公平和合理。单位面积上受到的压力叫压强,只有比较压强才能衡量压力的程度。比如一个美女赤脚踩在你的双肩上,她体重100斤,你受到的压力是100斤,第二次她穿了高跟鞋,用鞋跟踩在你的双肩上,两种情况下你受到的压力都是100斤,但压强就完全不同,因鞋跟与你肩膀的接触面积比赤脚时小得多,所以后者的压强要比前者大好几倍,估计你坚持不了几秒就会因为疼痛倒下。平时我们所说的车胎压力,其实说的是压强概念而不是压力的概念,这个基本的思维要建立。
    PSI是车胎上最频繁看到的三个字母,PSI英文全称为Pounds Square Inch ,每个英文单词都选第一个字母作为缩写术语,这是老外常用的做法。Pound是磅的意思,Square是平方的意思,Inch是英寸的意思,连起来的中文意思就是每平方英吋多少磅力,是英制的压强单位。
    国际上标准的压强单位是Pa(帕),帕是帕斯卡的简称,这个英文字母频繁的出现在车胎上,其代表一平方米的面积上受到的压力是1牛顿力。用牛顿作为力的单位,也是对天才的英国科学家牛顿的最好纪念,因为他发现了低速物体运动的三大定律,创立了现代高等数学的微积分,所有理工科毕业的学生,对牛顿应该是极为熟悉的,虽然他的理论迄今有三百多年了,但一直沿用至今造福人类。
    另外一个单位就是KPa,这是千帕,理解了帕(Pa),自然对千帕就不再话下,放大1000倍就是了。1牛顿相当于0.102千克力,千克是质量的单位,此处需要注意千克并不是力的单位,千克力(此处关键是多了一个力字)和牛顿才是力的单位。
    公斤则是我们俗称的重量单位,并不是物理学上的质量单位,所谓重量就是重力,力就要以千克力或者牛顿作为单位来表示。这个重量或者说重力在不同星球上是不一样的,地球的重力加速度是9.8米/秒2,月球的重力加速度只有地球的1/6, 一个地球上60公斤重量的人在月球上只有10公斤重,所以月球上跳高,成年人可以轻松越过2.45米的跳高世界纪录,重量的本质是地球对人的万有引力,在地球上重量60公斤的人,地球对他的引力是60公斤,反过来说这个人对地球的万有引力也是60公斤,这个问题只能就此打住,不展开了,实在是有些复杂,否则要给骑友们绕晕了
    车胎上另外一个能看到的英文字母就是Max.,它是英文Maximum的缩写,中文意思是最大限度,通常与压强等数据写在一起,表示最大可允许压强的意思。如果有一车胎标注95 PSI Max,就表示车胎打气的气压压强需要控制在小于95 PSI的最大限度内,你需要选用耐受压强等级互为匹配的内胎和外胎,比如选用了95 PSI 的内胎,外胎也要选用95 PSI的,否则耐压等级高的一方只能迁就等级低的一方,这跟木桶的短板盛水理论是一个道理。
    下面我把转换的计算过程详细列出来:
    1Pa=1N/m2=1牛顿/平方米
    1千克力≈9.80665牛顿
    英制的1磅是454克,所以1磅力=0.454千克力=0.454x9.80665=4.4522191牛顿。
    每英寸是25.4毫米,等于0.0254米,所以
    每平方英寸=0.0254x0.0254=0.00064516平方米
    将上面的1磅力数据和平方英寸数据代入下面的计算式子:
    1PSI=1磅力/平方英寸=4.4522191牛顿/0.00064516平方米=6900.95牛顿/平方米≈6.9千牛顿/平方米=6.9KPa
    骑友们常说的车胎1公斤压力,实际在物理术语里并不规范,翻译成比较规范的术语应该是每平方厘米受到1千克力,但是平时骑车的人说习惯了,大家也能理解。按照平时大家默认的概念和认知作换算
    1公斤压力/平方厘米≈100kPa
    1PSI≈6.9Kpa
    所以1公斤压力/平方厘米≈100/6.9=14.49≈14.5 PSI
    1PSI≈0.06896公斤力/平方厘米
    还有一个常见的压强单位是Bar,有些车胎上会标记这个单位,中文读作巴 ,也是气象学上经常使用的单位,这个单位比较友好,1 Bar=100 KPa, 差不多相当于骑友们心中认为的1公斤力/平方厘米。
    我们把Bar这个单位也引进来,则有如下的换算等式:
    1 Bar≈1公斤压力/平方厘米≈100/6.9=14.49≈14.5PSI
    1PSI≈0.06896公斤力/平方厘米≈0.06896Bar
    我们贪心的很,再把大气压力引进来,希望能将这些物理单位一网打尽。1个标准大气压力≈101Kpa,所以我们又得到如下换算等式,记住这个换算等式,它在你打气、看压力表时非常有用。
    1 Bar≈1个标准大气压力≈1公斤压力/平方厘米≈100Kpa≈14.5PSI
    1PSI≈0.06896公斤力/平方厘米≈0.06896Bar≈0.06896标准大气压力≈6.89Kpa
    上面的式子都用了约等于符号,因为相除的运算都有无限循环小数,无法除尽,所以只能用近似值,这个误差极小,上面的式子对骑友们来说精度足够。
    此篇原来打算就此打住,但转念一想,参加骑行的大多数是中老年人,血压普遍比年轻人高,对自身的血压是比较关注的,索性再将毫米汞柱这个压强单位引进来。毫米汞柱多用于测量人的血压,大家熟悉的高血压的评判标准收缩压≥ 140mmHg,舒张压≥ 90mmHg,就是以水银作为媒介来衡量血液流动时,对血管壁造成的压强,之所以用水银作为媒介来测量人的血压,其实就是看中了水银的流动性和大比重,水银的比重是水的13.6倍,传统血压计采用水银可以做得很小,如果换成水作为媒介也可以制成血压计,但其长度要比现在你看到的血压计大十几倍,给携带和操作带来困难。
    1个标准大气压=760 mmHg,mmHg的中文意思是毫米汞柱,一个收缩压170mmHg的高血压患者,他的血压相当于0.22Bar,或者说是0.22公斤力/平方厘米,或者说是0.22个标准大气压,或者说是3.2 PSI,或者说是22Kpa。这个高血压患者的血管压强,差不多相当于2.2米高的水柱产生的压强,如果用水制造血压计,这个用水制造的血压计至少要2.5米以上。
    车胎的压力和压强绕来绕去,绕到血压上来了,这看起来十分有趣,其实底层的物理逻辑没变,都是压强,只不过用不同的单位来表示罢了,哪一天轮胎行业耐压标准换成用水银的毫米汞柱来表示,也是毫无压力的,只不过大家感觉有点怪怪的。
ltt1.jpg

    轮胎上有清晰的850 KPa的字样,说明该轮胎的使用耐受压强大约在8.5公斤力/平方厘米,差不多相当于8.5个标准大气压,打气时差不多打到这个数值就可以了,夏天时考虑到天气炎热,骑行时胎温上升较快,内胎气体容易膨胀导致压力上升,补气时可以低于这个压强数值0.2-0.5公斤力/平方厘米,具体尺度各位骑友可以自行掌握。胎压高,轮胎的滚阻相对较小,骑行速度相对较快和省力,但对地面颠簸过滤的能力降低,骑行时震动比较大,遇到路况不佳的路段,低的胎压反而可以增加骑行的舒适性。
ltt2.jpg
    这个轮胎上标有75 PSI maximum字样,说明该轮胎的最大耐受压强是75 PSI,差不多相当于5.2公斤力/平方厘米,补气时不要超过最大的压强数值。需要注意的是,这个耐压是外胎的耐压数据,内胎需要选用与之相配的同等级耐压的内胎,如果是新车,内外胎的耐压一定是匹配的,如果遇到需要更换内胎的情形,一定要选用相同耐压登级的内胎或者选用高于外胎耐压等级的内胎,如果错误选用低于外胎耐压等级的内胎,而你还在按照外胎所提示的压力补气时,内胎可能会爆裂。
ltt3.jpg
    这个轮胎标有90-125PSI字样,该轮胎充气时,压强控制的范围在90-125 PSI之间,大约相当于6.2公斤力/平方厘米到8.6公斤力/平方厘米之间。

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