自行车里的物理知识.doc

杠杆的定义在物理学中，将一根在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒成为杠杆（lever）。杠杆的原理杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力（动力点、支点和阻力点）的大小跟它们的力臂或反比。动力动力臂=阻力阻力臂，用代数式表示为F L1=WL2。式中，F表示动力，L1表示动力臂，W表示阻力，L2表示阻力臂。从上式可看出，欲使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。杠杆分类杠杆可分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。这几类杠杆有如下特征：1.省力杠杆：L1L2, F1F2 ,省力、费距离。如拔钉子用的羊角锤、铡刀等。2.费力杠杆： L1L2, F1F2,费力、省距离，如钓鱼竿、镊子等。3.等臂杠杆： L1L2, F1F2,既不省力也不费力，又不多移动距离，如天平、定滑轮等。自行车上的杠杆省力杠杆控制前轮转向的杠杆：自行车的车把，是省力杠杆，人们用很小的力就能转动自行车前轮，来控制自行车的运动方向和自行车的平衡。刹车的杠杆：不管你骑的是高赛还是GIANT，三轮车还是儿童车，是合格能上路的就应该有车闸。刹车系统的结构不算很复杂，闸柄刹车胶皮。在闸柄上通常有一组杠杆结构，支点是闸柄围绕旋转的固定点，阻力点几乎和支点重合，相比之下，由手控制的动力臂就长得多了。显而易见，刹车的结构是一个省力杠杆，不然怎么能在瞬间克服人车的惯性，停下来呢！至于“危刹”，是在刹车胶皮的上端又加了一组省力杠杆，人的力量被扩大了N倍，当然制动效果更好了。总之，是人们用很小的力使车闸以较大的压力压到车轮的钢圈上，产生制动效果。顺便说下：车把，是控制前轮转向的省力杠杆，人们用很小的力就能转动自行车前轮，来控制自行车的运动方向和平衡。车把上的闸把（坚持车闸把），是控制刹车闸的省力杠杆，人们用很小的力就能使车闸以较大的压力压到车轮的钢圈上，使自行车减速乃至停止，属于省力杠杆你可以不用去找支点来画动阻力臂，不过你知道车刹一定是类似于杠杆的机械，既然是杠杆就一定杠杆的规律，由于刹车的时候车把上的刹车杠移动距离要比车轮附近的刹车皮移动距离大，根据功的原理，刹车杠和刹车皮做功近似一样（摩擦根据经验应该很小，注：这里的摩擦指传动装置的摩擦，而不是刹车皮与钢圈之间的摩擦F2），所以F1S1W1W2F2S2，由于S1S2，所以F1F2，也就是省力。费力杠杆车子的减震杠杆：现在的山地车基本上都配备了减震，这个东西也可以理解为是一个杠杆。那个大弹簧是阻力端，人的重力差不多是在车座下的一点是动力端，支点不管是在车座前面还是后面，都是紧挨着动力点的。这样子形成了一个费力杠杆，大部分振动被弹簧吸收，而保证人的屁屁不受皮肉之苦。车铃扳手，费力杠杆，作用是拨动小锤敲响铃声。等臂杠杆脚蹬子的杠杆：指的是那个踩在脚底下的，别看这个东东很小，其实它是一个等臂杠杆。它被中间的轴平分成两个部分，两边的距离一样，这样人的脚在脚蹬子不停旋转的情况下仍能够保持一个前后用力想当的状态，不用来回调整脚的姿势。顺便提一句，这个部分是自行车上最结实的了，每次你上下车滑行的时候，全身的体重都压在上面，可想而知脚蹬子的结实程度了。压强知识：(1)一般情况下，充足气行车轮胎着地面约为S=210Cm5cm=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为6.5104Pa (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，来增大受力面积，以减小它对身体的压强气门芯：自行车上的“气门芯”的主体是一小段上端中空，下端实心的柱体，在下端的侧面开一个小孔与中空部分相联通。下面套上一段有弹性的细缘胶管就构成专门芯的总体。其实它就是一个单向阀门，当你给自行车胎打气时，气筒中的压缩空气由中空部分进入气门芯，把有弹性的橡胶管“顶”起，空气进入车胎；当不打气时，弹性橡胶管收紧，盖住侧面的小孔，使空气不能从车胎中回流。气门身中间是贯通的，里面有一个圆台而和气门芯配合；它的上端有两个对称的凹槽，气门芯的两个凸筋装在凹槽内；它的外径有螺纹，同时螺纹两侧有两个套扳手用的平行的平面，它的下部带有底盘，装配时底盘留在内胎里面，其余部分露在内胎外面。六角螺母将内胎夹紧在气门身底盘和气门垫圈之间，这样内胎里的气体就不可能从气门身和气门垫圈之间漏出。气门垫圈如盘状，盘口压在内胎上，中间的孔不是圆形的，而是两边平行的，正好和气门身的断面形状相同(气门身两边被加工成平行平面)，这样，气门垫圈套在气门身上就不可能转动，起着防松作用。圆锁母的主要作用是将气门嘴紧固在车圈上。气门皮管是乳胶制成的小圆管，它有很好的弹性。使用时，套在气门芯外面，将气门芯上的圆台面和小气眼包裹住。气门芯的圆台面和气门身里面的圆台面配合，中间隔着气门皮管。当拧紧压气螺母将气门芯压紧时，气门皮管被压缩，所以两圆台面之间不可能漏气。气门芯的中间是气道，但气门芯的小头端被封死，为了让气体进入内胎，气门芯的例而开有一个小气眼。打气筒向气门芯输送气体时，气体通过气眼将包裹在气门芯外面的气门皮管涨大，从气门皮管和气门芯之间的缝隙内进入气门身和内胎内；当打气简停止输送气体时，气门皮管的弹性和内胎的气压立即使气门皮管收缩，把气门芯上的气眼封住。为了防止灰尘或细砂粒进入气门芯内，气门芯上还装有塑料或金属防尘帽。爆胎原因：很多人认为越细的车胎越容易爆。其实不然，越细的车胎胎压越高，越高的胎压越不容易爆胎。一是胎垫无法承受高压，向内变形太多甚至破裂，导致内胎向内爆裂。二是胎垫没有垫好，发生了移动，导致车圈上的孔直接和内胎接触，高压时爆裂。解决办法 ：选择能承受高压的胎垫。如果胎垫窄，容易滑动，那么先用3M胶带一类的东西把车圈内侧缠一遍，盖住所有的孔。而且可以增加胎垫的摩擦力，减少发生滑动的可能。摩擦是相互接触的物体在接触面上发生阻碍相对运动的现象。阻碍相对运动的力叫摩擦力。摩擦可分为静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦。摩擦的种类：静摩擦力。静摩擦力就是你用很小的力去推原本不动的物体，物体虽然没有动，但它已经和地面产生了摩擦，物体要克服最大的静摩擦力，才能滑动。筷子能夹住菜，人能在地面走，靠的都是静摩擦力。 滑动摩擦。滑动摩擦就是物体沿另一物体表面滑动时产生的摩擦力。物体受到的滑动摩擦力的方向和它的运动方向相反，所以，才会产生摩擦。如果世界上没有了滑动摩擦，那么人们推动非常重的东西，比在冰上推还快呢！ 滚动摩擦。滚动摩擦就是物体在另一物体上滚动时产生的摩擦。它比最大静摩擦和滑动摩擦要小得多，在一般情况下，滚动摩擦只有滑动摩擦阻力的1/40到1/60。所以在地面滚动物体比推着物体滑动省力得多。 所以是滑动。车轮与摩擦力：推自行车，前进时，前后轮与地面的摩擦是（滚动）摩擦，然后轻捏左右两个刹车把手，使推车前进稍感到有点费力，此时橡胶刹皮与前后轮钢间存在相互挤压作用，它们之间的摩擦是_（滑动摩擦）_；把自行车架起来，使后轮可以转动，慢慢转动脚踏，脚蹬的旋转通过两个大小不同的齿轮和链条传到后轮，带动后轮转动，但此时后轮转动的自行车并不会向前进。只有车轮与地面接触，当人骑上自行车，用脚踏脚蹬时，车才能前进。此时，使车启动的施力物体不是后轮，而是_（地面）。摩擦力产生的条件是两个物体相互接触并发生或要发生相对运动。自行车在刹车时轮子的接触面和地面之间没有相对运动，所以一直都是静摩擦力，不是滑动摩擦;前轮摩擦力向后，是阻力后轮摩擦力向前，是动力就是所谓的牵引力。刹车装置与摩擦力：制动装置（刹车）在自行车中有着十分重要的作用。刹车不灵而导致的交通事故屡见不鲜，自行车是采用什么方法来制动的呢？自行车的刹车是利用摩擦力使自行车减速和停止前进。当我们使用刹车时，刹皮与车轮间的摩擦力，使车轮停止运动或速度减小，车轮与地面间的摩擦力由滚动摩擦变成滑动摩擦，强大的滑动摩擦力方向与自行车前进方向相反，使自行车迅速减速（或迅速停止运动）。外胎与摩擦力：自行车外胎上有凸凹不平的花纹，可以增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力，防止自行车打滑。急刹车时，滑动摩擦力对车辆外胎磨损十分大，若使轮子总处于滚动，而不滑动时，则可避免对车轮磨损。因此可设想在自行车上另设置一刹车备用（可金属、橡胶），平时运动时，刹盘提起脱离地面，刹车时，将刹盘按下与地面接触，使刹盘在地面滑动，产生滑动摩擦力，使车辆迅速减速直至停止，避免自行车外胎磨损。钢珠与摩擦力：自行车应当骑起来越轻松、越灵活才