Но ведь сила трения подошвы и качения колеса разные, а они "помогают" при движении вверх.
пока нет пробуксовки, не имеет значения, сколь велика сила трения. потери на нагрев мест контакта колес/подошвы и земли на фоне энергии, нужной для подъема тела вверх, абсолютно ничтожны.
по силам трения отдельное лирическое отступление. необходимо понимать, что есть разные силы трения. рассматриваем ситуацию, когда нет пробуксовки.
во-первых, есть сила трения покоя. за счет существования этой силы велосипед при подаче на колесо крутящего момента отталкивается задней покрышкой от земли и движется вперед. если бы этой силы не было, то колесо прокручивалось бы на месте, и никто бы вперед не поехал. точно так же и сила трения покоя между подошвой ботинка и землей дает возможность сделать шаг вперед. сила трения покоя не является причиной потерь энергии (они есть и связаны с внутренними деформациями резины, но для нашей задачи имеют ничтожное значение).
во-вторых, существует сила трения качения в подшипниках колес и сила сопротивления качению шин. они вместе препятствуют при езде вверх. точнее, первая ничтожно мала, а вот второй пренебречь нельзя, но об этом ниже.
сопротивлением воздуха при этих скоростях можем пренебречь.
Следовательно, идти вверх энергетически более выгодно чем ехать.
давайте разберемся подробно. принимая во внимание написанное выше о силах трения, имеем следующее.
1. едем: ноги крутят педали и совершают работу. работа эта идет на преодоление силы притяжения (эта часть работы переходит в нашу потенциальную энергию, то есть, расходуется с пользой) и на преодоление разнообразных сил трения (эта часть работы переходит в тепло, звук и так далее, то есть, расходуется впустую). обозначим бесполезные потери как
A.
2. идем: с каждым шагом наше тело приподнимается (на это затрачивается энергия) и опускается назад, при этом энергия эта рассеивается в земле и подошвах ботинок в виде тепла и звука, то есть, уходит впустую (обозначим это
B). помимо этих колебаний вверх-вниз, также происходит подъем тела и велосипеда равномерно вверх, на что расходуется такое же количество энергии, как в случае езды вверх (произведение m*g*h не меняется), и эта работа также совершается с пользой в виде набора потенциальной энергии. ну и, наконец, мы преодолеваем силы трения в едущем рядом с нами велосипеде (обозначим
C).
итак, задача сводится к выяснению, что же численно больше:
A или
B+
C. напоминаю, что мы пока что рассматриваем все с точки зрения работы и энергии,
совершаемой над телом и велосипедом и не обращаем внимание на то, чего живому организму это стоит в каждом из двух случаев.
так вот, возвращаемся к величинам. проверяем гипотезу о том, что угол наклона горы, в которую мы ломимся, в зависимости от своего значения может менять ответ на вопрос "как выгоднее подниматься".
A, очевидно, от этого угла не зависит.
C тоже не зависит. а вот
B зависит. почему? возьмем два граничных случая. во-первых, ходьба по горизонтальной поверхности. во-вторых, ходьба вертикально вверх (как пример, подъем по лестнице). в первом случае
B имеет довольно ощутимое значение (ежесекундно нужно поднимать на несколько сантиметров вверх солидную тушу в несколько десятков килограммов, и эта энергия расходуется впустую!). во втором случае
B практически равно нулю, потому что вся работа уходит только на подъем, обратного опускания тела нет.
проанализируем наше [в общем случае] неравенство
A ? B +
C в контексте изменяющегося угла наклона при прочих постоянных параметрах. величина
C в ненагруженном велосипеде настолько мала (и от угла не зависит), что для простоты оценки мы ее смело можем считать равной нулю. попытаемся дать хоть какую-нибудь количественную оценку.
A -- постоянная величина порядка (как известно) десятков ватт.
B -- зависящая от угла подъема величина также порядка (что несложно подсчитать) от десятков ватт на горизонтальной поверхности до нуля в случае вертикального подъема.
что больше? зависит от угла и конкретных цифр. при этом мы не можем считать цифры равными. из практики совершенно очевидно, что на ровняке
A значительно меньше, чем
B, в противном случае пешком определенную дистанцию пройти было бы легче или не сложнее, чем проехать на велике. с появлением ненулевого угла подъема ситуация начинает меняться.
а теперь еще учтем биологию: на велосипеде при подъеме мы вынуждены постоянно давить на педали даже если мы не совершаем никакой работы (см. пост выше с примером про геракла), на что расходуется мышечная энергия, в результате чего угол начинает влиять еще сильнее (круче подъем -- сильнее надо давить, чтобы не скатиться вниз, сильнее напрягать мышцы, как результат сильнее устаем).
в результате внезапно приходим к гениальному совету для топикстартера:
чувствуешь в себе силы не напрягаясь заехать подъем -- едь его. нет сил или забуксовал/опрокинулся -- слез и пошел пешком. когда в подъем на велике уже начинаешь сдыхать, то ежу понятно, что если слезть и пойти пешком, то устанешь намного меньше.
а конкретные цифры тут считать -- дело очень сложное (зависит от каждого индивидуального случая) и оттого никому не нужное.
а однозначного ответа нет.
кроме меня люди, изучавшие физику (а не просто проходившие на нее 5 лет в школе) есть? я там нигде в анализе не ошибся?
p.s. забыл самое главное написать. разница между
A и
B на фоне той работы, которую нужно потратить на увеличение нашей с велосипедом потенциальной энергии, выглядит ничтожной, организм ее, скорее всего, и не заметит. поэтому из энергетических соображений, можно считать, абсолютно пофиг, едем мы или идем. и остается влияние только биологического фактора, который действительно значительный. то есть, то, о чем я в самом начале и писал: вопрос тренировок и привычек.
p.p.s. а еще вкручивать, чем идти пешком, лучше, потому что так ноги и сердце тренируются. топикстартер, на щорса детский подъем вообще-то. тренируйся!
. Поэтому физики с презрением проходят мимо неё 
по моему скромному мнению
