自行车中的物理知识

1 自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具 常见的有普通载重自行车 轻便自行车 山地自行 2 车 童车 赛车 电动自行车等 它结构简单 方便实用 今天 就让我们来研究一下自行车 中所蕴含的物理知识 这是一种普通的自行车 在其中涉及到很多物理知识 包括杠杆 轮轴 摩擦 压强 能量的转化等力学 热学及光学知识 下面具体来分析一下 一 力学知识一 力学知识 家用自行车 1 1 摩擦方面 摩擦方面 1 自行车车轮胎 车把套 脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹 增大接触面粗糙程 度 增大摩擦力 2 车轴处经常上一些润滑油 以减小接触面粗糙程度 来减小摩擦力 3 所有车轴处均有滚珠 变滑动摩擦为滚动摩擦 来减小摩擦 转动方便 滚珠 4 刹车时 需要纂紧刹车把 以增大刹车块与车圈之间的压力 从而增大摩擦力 5 紧蹬自行车前进时 后轮受到的摩擦力方向向前 是自行车前进的动力 前轮受到的 摩擦力方向向后 是自行车前进的阻力 自行车靠惯性前进时 前后轮受到的摩擦力方向均向 后 这两个力均是自行车前进的阻力 3 2 2 压强方面 压强方面 1 一般情况下 充足气的自行车轮胎着地面积大约为 S 2 10cm 5cm 100cm2 当一普 通的成年人骑自行车前进时 自行车对地面的压力大约为 F 500N 150N 650N 可以计算出 自行车对地面的压强约为 6 5 106Pa 2 在车轴拧螺母处要加一个垫圈 来增大受力面积 以减小压强 3 自行车的脚踏板做得扁而平 来增大受力面积 以减小它对脚的压强 4 自行车的内胎要充够足量的气体 在气体的体积 温度一定时 气体的质量越大 压 强越大 5 自行车的车座做得扁而平 如图 来增大受力面积 以减小它对身体的压强 3 3 轮轴方面 轮轴方面 1 自行车的车把相当于一个轮轴 车把相当于轮 前轴为轴 是一个省力杠杆 如图 示 2 自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮轴 实质也为一个省力杠杆 4 4 杠杆方面 杠杆方面 自行车的刹车把相当于一个省力杠杆 5 5 惯性方面 惯性方面 1 当人骑自行车前进时 停止蹬自行车后 自行车仍然向前走 是由于它有惯性 2 当人骑自行车前进时 若遇到紧急情况 一般情况下要先捏紧后刹车 然后再捏紧前 刹车 或者前后一起捏紧 这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去 6 6 能量转化方面 能量转化方面 1 当人骑自行车下坡时 速度越来越快 是由于下坡时人和自行车的重力势能转化为人 和自行车的动能 2 当人骑自行车上坡之前要紧蹬几下 目的是增大速度 来增大人和自行车的动能 这 样上坡时动能转化为重力势能 能上得更高一些 二 声学方面二 声学方面 1 自行车的金属车钤发声是由于铃盖在不停的振动 而汽笛发声是由于汽笛内的气体不 4 的振动而引起的 1 测量中的运用 在测量跑到的长度时 可运用自行车 如普通车轮的直径是0 71 米或 0 66 米 那么转过一圈长度为直径乘圆周率 即约 2 33 米或 2 07 米 然后 让车沿这跑道滚动 记下滚动的圈数 n 则跑道长为 2 33n 米或 2 07n 米 2 力和运动的运用 1 减小与增大摩擦 车的前轴 中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦 为更进一步减小摩擦 人们常在这些部位加润滑剂 多处刻有凹凸不平的花纹以 增大摩擦 如车的外胎 车的把手的塑料套 蹬板套 闸把套等 变滚动摩擦为 滑动摩擦以增大摩擦 如在刹车时 车轮不再滚动 而在地面上滑动 摩擦大大 增加了 故车可以迅速停驶 而在刹车的同时 手用力握紧闸把 增大刹车皮对 钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的 2 弹簧的减振作用 车的坐垫下安有许多根弹簧 利用它的缓冲作用 以减小振动 3 压强知识的运用 1 自行车车胎上刻有载重量 如车载重过量 则车胎受到压强太大而被 压破 2 坐垫呈马鞍形 它能够增大坐垫与人体的接触面积以减小臀部所受压 强 使人骑车不易感到疲劳 4 简单机械知识的运用 自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆 可增大对刹车皮的拉力 自行车为了省力或省距离 还使用了 轮轴 脚踏板与链轮牙盘 后轮与飞轮及 龙头与转轴等 5 功和机械能的知识的运用 1 根据功的原理 省力必定费距离 因此人们在上坡时 常骑 s 形路线就是这个道理 2 动能和重力势能的互相转化 如汽车上坡前 人们要加紧蹬几下 就容易上去些 这里是动能转化为势能 而骑车下坡 不用蹬 车速也越来越快 此为势能转化为动能 3 整体上自行车是费力机械 一般为省距离才骑自行车 顶风骑车比 顶风行走艰难 就是因为骑车费的力被 放大 了 6 惯性定律的运用 快速行驶的自行车 如果突然把前轮刹住 后轮会跳起来 这是因为前轮受 到阻力而突然停止运动 但车上的人和后轮没有受到阻力 根据惯性定律 人和 后轮要保持继续向前的运动状态 所以切记下坡或高速行驶时 不能单独用自行 车的前闸刹车 否则会出现翻车事 自行车后轮驱动 后轮相对于地面其实是静摩 擦 和人走路一样 虽然自行车相对运动看起来是向前 但是轮子其实相对于地 面是有向后的运动趋势 所以此时摩擦力和相对运动方向相反 也就是摩擦力向 前 自行车后轮驱动 后轮相对于地面其实是静摩擦 和人走路一样 虽 然自行车相对运动看起来是向前 但是轮子其实相对于地面是有向后的运动趋势 所以此时摩擦力和相对运动方向相反 也就是摩擦力向前 5 前轮就不一样了 因为此时是地面的摩擦力使前轮运动 这里和后轮是 完全两种情况 很多人容易混为一谈 首先 想象一个画面 静止在一个粗糙 水平面上的轮子 你要使它向前运动 且不接触它 你只能向后拖动水平面 因 此摩擦力只能向后 故 普通自行车只有两个齿轮 不同的车齿轮数是不一样的 越高级越多齿盘 脚蹬的这个我们叫它大齿盘 后面那个叫飞轮 飞轮固定在后轮上 飞轮转一圈 后轮转一圈 我们蹬脚踏 脚踏带动曲柄 曲柄转动大齿盘 大齿盘靠链条传动到飞轮 车轮 转动 脚蹬一圈自行车走多远 取决于齿盘和飞轮的齿数比 齿数比越大车轮转的越远 齿数比越小车轮转的越省力 1 总的来讲 自行车能前进的根本原因是摩擦力的作用 轮胎与地面摩擦 地面给轮胎一个反作用力 推动车子前进 2 人通过蹬踏 把腿部的力量传递到脚踏 脚踏牙盘 你所说的前齿轮 获得扭矩 再利用链传动 链条 传递到飞轮 后齿轮 飞轮与塔基及车轴的安装配合 传递为对车条的扭矩拉力 从而带动车圈转动 最后通过车胎与地面的摩擦获得 反作用力 前进 3 牙盘与飞轮 前 后齿轮 具有不同的齿数 通过调整配合获得不同的齿数比 也就改变了传动比 从而获得你所需要的不同动力输出 比如你在