【毕业论文-范本】骑自行车的力学技巧

骑自行车的力学技巧分析及合理【摘要】依据自行车的行驶原理，从力学角度分析骑自行车遇到的如何省力、刹车问题，并对自行车的设计进行了讨论。【关键词】自行车；行驶方程；刹车自19世纪发明以来，自行车巳发展成为普通的交通工具。在科技发达的今天，自行车以其良好的运动性和有利环保的特点，仍受到人们的青睐。自行车在设计、使用中，富含力学知识，合理应用力学技巧，可在骑自行车时省力，提高安全性，现分析如下。1自行车行驶原理自行车为后轮驱动，骑车人脚蹬踏板在后轮上产生力矩M。在M的作用下产生一车轮对地面的圆周力Fo，而地面对车轮的反作用力Ft即为驱动力，Ft＝M／R，R为车轮半径，如图1示。车子在水平道路上等速前进时，必须克服滚动阻力Ff和空气阻力Fω，所以自行车的行驶方程为Ft=Ff+Fω。它的驱动条件是Ft≥Ff+Fω。同时，车要有效前进还必须满足附着条件Ft≤Fψ，Fψ=Gψ，ψ为附着系数。一般自行车的设计都采用后轮驱动，从行驶条件看是合理的。因为人车系统质心的位置偏于后侧，则后轮承受较大的荷载能产生比较大的附着力，有利于满足附着条件。2骑车省力技巧当自行车在平坦的路面上沿直线匀速前进时，根据行驶方程式Ft=Ff+Fω，驱动力应与行驶阻力相等，则骑车人蹬踏板的力F应保持不变。但用前脚掌蹬车时感觉比用后脚跟蹬车费力。这是什么原因呢？原来，骑车时上半身基本保持不变，只有脚和腿在周而复始地运动。如图2（a），当用前脚掌蹬踏板时，脚以踝关节为支点摆动c设静坐标系固定在大链轮中心O处，动坐标系固定在踏板轴中心口处，则相对运动是脚的摆动，牵连运动是踏板相对大链轮作圆周运动。此时小腿肌肉收缩做功，大腿仅以较小幅的动作上下随动。而用脚后跟蹬踏板时，力的作用线沿小腿过膝关节，如图2（b）所示。设坐标系位置不变，牵连运动仍为圆周运动，但相对运动变为大腿绕髓关节摆动。此时，大腿上肌肉群收缩做功，大腿运动幅度较大。固为肌肉产生的力与肌肉的生理横截面积成正比，栩比之下，大网肌肉的生理横截面积远比小腿肌肉大，所以产生的力也大。若用相同的力F蹬踏板，当然用脚后跟脸车感觉就轻松多了。当骑车遇到止坡或顶凤时因增加了上坡阻力和空气阻力，这时用脚限蹬车同时压低用力侧上身，可产生较大的爆发驱动力。丽路况较好或顺凤时，用前脚常蹬车因大阴运动幅度小，脚以踝关节为支点摆动，力臂短小，可提高转速而达到较高车速。3刹车技巧经常骑车的人会遇到各种情况。当需要紧急刹车时，如刹车前闸，身体会受到猛烈的冲击。若车速快或车予轻，自行车还可能猛甩一下，甚至发生打横等危险情况。而刹后闸则比较平稳，震动不大，这也有其力学原理。如把人与车看成一个系统，分析刹车瞬间的受力情况，如图3所示。A、B两点分别受地面支反力N1、N2和摩擦阻力F1、F2的作用，系统质心在C点，G为总重量，F1为刹车时系统受到的惯性力，则系统的平衡方程为：3.1刹前闸当刹前闸时，假设前轮突然停止转动丽产生相对滑动摩擦，后轮仍转动，补充方程为：刹前闸时，式（5）中分母有可能为零，从而F1趋于元穷大，所以骑车人可以感觉到猛烈的冲击。若F1→∞，必a一fh＜0，即F2＜0，由F2=ηfN2，那么N2＜0，这意味着后轮不着地，整个系统以A为支点转动，则车打横甩尾，人有校甩出去危险。从公式可看出，若想刹前间时比较平稳，应h尽量减小，t尽量增大，同时a也尽量加大。所以设计自行车都是两轮间距L较大，座垫高度h不高，且座垫靠近后轮，这样的设计是合理的。3.2刹后闸当刹后闸时，后轮B处发生滑动摩擦，前轮仍转动，补充方程为：刹后闸时，F1、F2的分母不可能为零，则F1为一有限值，所以骑车感觉比较平稳。4我的话其实骑车的技巧很多，杂技演员所练的骑车功夫让观众惊叹不已，那也是巧妙地利用了力学原理。所以，力学就在我们的日常生活中，只要注意观察和思考就有助于培养理论联系实际的能力。【参考文献】《武警学院学报》2001年六月第三期《理论力学》李俊峰主编张雄，任革学，高云峰编著清华大学出版社2001基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现基于单片机的公寓用电智能管理系统设计基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制HYPERLINK"/detail.ht