自行车中的物理知识

自行车涉及了许多物理知识，现归纳如下：声的现象：自行车车铃的把手经过手的拨动，带动了齿轮，齿轮使带有弹簧锤的轴旋转起来，弹簧锤敲打铃盖，车铃就叮铃响。拨动自行车的车铃能发声，是因为振动的物体能发声，用手按住铃盖，铃声振动停止。光的现象：自行车的尾灯的反射面由很多红色的立方体直角组，可以把照在尾灯上的光向各个方向反射，使车后各个方向上的人均能看到红色的光，以防止交通事故的发生。摩擦的现象：车的前轴、中轴、后轴上装有滚动轴承及润滑油，车轮是圆形的，是为了减少摩擦。车外胎、把手塑料套和脚踏板上都刻有花纹，车的把手上有凹槽，是为了增大接触面的粗糙程度来增大摩擦。若车铃不响，是因为轴与齿轮之间的咬合部分太涩了，加几滴油润滑，减小摩擦。车把的塑料套紧套在车把套上，是为了增大与车把套的压力来增大摩擦。刹车时，应用力捏车闸，是为了增大压力来增大摩擦。旋紧自行车各种紧固螺丝，是为了增大压力来增大摩擦。自行车的前轮为从动轮，摩擦力的方向向后，与运动的方向相反。后轮为主动轮，摩擦力的方向向前，与车运动的方向相同。紧急刹车时，轮子与地面的摩擦属于滑动摩擦。压强的现象：自行车的坐垫呈马鞍型，它能够增大坐垫与人体的接触面积，以减小臀部的压强。脚蹬板很宽，也是为了增大与脚的接触面积，以减小脚部的压强。用橡胶制成的车胎并且打足气，是为了通过减轻压力来减小对地面的压强，同时通过弹力的作用可起缓冲作用。给车胎打气时，越打越费力，车胎越硬，是因为越打里面的气体越多，里面的压强越大。杠杆的现象：控制前轮转向的杠杆一一车把：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运动方向和平衡。控制刹车闸的杠杆——车把上的闸把：是省力杠杆，人们用很小的力就能使车闸以比较大的压力压到车轮的钢圈上。支持人重和货重的杠杆一一三角杠、货架、前叉、后三角杠：用以形成车重和承重。中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴，因为脚蹬半径大于花盘齿轮的半径。自行车手把与前叉轴：组成省力轮轴，因为手握把外的半径大于前叉轴的半径。自行车后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴，因为齿轮的半径小于后轮的半径。电的现象：自行车前轮旁边的照明灯能发光，因为内部有旋转磁极式发电机，圆形磁体的轴与前轮摩擦转动而产生感应电流。电流通过小灯泡的灯丝而发光，把小灯泡放在凹面镜的焦点处，起到会聚作用，增加灯的亮度。热的问题：夏天，将自行车车胎中的气打得足足的，若停在烈日下，车胎会爆裂。因为在烈日下，车胎内的气温升高，压强增大，当压强增大到超过车胎所能承受的最大压强时，车胎会爆裂。用打气筒给自行车车胎打气时，不一会儿气筒壁就会热起来，是因为打气筒的活塞压缩气体做功，气体内能增加，气体内能传给筒壁，使筒壁温度升高。同时打气过程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功过程，也使筒壁内能增加，温度升高。惯性及能的知识：骑自行车行驶时，当不用力蹬脚蹬板时，自行车还会继续向前运动是由于惯性的原因。另外，骑自行车飞跃障碍物时，落地时，应先使后轮着地，防止因为具有惯性而翻车。而当骑自行车上坡时，都应先加紧用力蹬几下，目的是为了增大速度，以获得更大的动能，来转化更多的重力势能，升的更高一些。力的知识：自行车坐垫下的有许多弹簧，主要的通过缓冲作用减小震动。自行车中的物理知识自行车外胎为什么要有凸凹不平的花纹摩擦力的大小跟两个因素有关：压力的大小、接触面的粗糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有凸凹不平的花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是为了防止自行车打滑。自行车为什么能前进？当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车与路面之间有摩擦，不过，要问自行车为何能前进？这还是依靠后轮与地面之间的摩擦而产生的，这个摩擦力的方向是向前的。那前轮的摩擦力是干什么的？阻碍车的运动！其方向与自行车前进方向相反。正是这两个力大小相等，方向相反，所以自行车作匀速运动。不过，当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后。那谁和这两个力平衡呢？脚对地面的摩擦力向前！刹车以后，自行车为何能停止？刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力（原来为滚动摩擦，方向向前），方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。自行车哪些地方安有钢珠？为什么安钢珠？在自行车的前轴、中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处等地方，都安有钢珠。人们骑自行车总是希望轻松、灵活、省力。而用滚动代替滑动就可以大大减小摩擦力，因此要在自行车转动的地方安装钢珠，我们可以经常加润滑油，使接触面彼此离开，这样就可以使摩擦力变得更小。2、 自行车上的杠杆、轮轴知识。自行车上的杠杆A、 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。B、 控制刹车闸的杠杆：车把上的闸把是省力杠杆，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。自行车上的轮轴A、 中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴（脚蹬半径大于花盘齿轮半径）。B、 自行车手把与前叉轴：组成省力轮轴（手把转动的半径大于前叉轴的半径）。C、 后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴（齿轮半径小于后轮半径）。3、 自行车上的气压知识。自行车内胎充气：早期的各种轮子都是木轮、铁轮，颠簸不已。现代自行车使用充气内胎主要是使胎内的压强增大，可以起到缓冲的作用，同时可以减小自行车前进的阻力。气门芯的作用：充气内胎上的气门芯，起着单向阀门的作用，只让气体进入，不让气体外漏，方便进气，保证充气内胎的密封。4、 自行车上光学知识。自行车上的红色尾灯，不能自行发光，但是到了晚上却可以提醒司机注意，因为自行车的尾灯是由很多蜂窝状的“小室”构成的，而每一个“小室”是由三个约成90度的反射面组成的。这样在晚上时，当后面汽车的灯光射到自行车尾灯上，就会产生反射光，由于红色醒目，就可以引起司机的注意。5、 自行车挡泥板安放的原因是离心力的原理。当车轮转动时，车轮上每一个点都会产生离心力，离轮心越远离心力越大。当车轮与地面接触的时候，受离心力的作用，会把从地面上沾的污水向车轮运动的相反方向甩出，这就是为什么在下雨天骑没有挡泥板的自行车会把后背甩上污水，也就是自行车安放挡泥板的原因。6、 变速自行车靠的就是改变动力臂与阻力臂的比值来改变自行车的用力程度。轮胎越大，阻力越大；轮胎的角速度与轴上的角速度相同；轮胎内充满气体，一是减少与地面的接触面积，减小滚动摩擦力；二是可以起到减振作用。车把是一个等比杠杆，即车把转动的角度与前轮的角度相同。辐条：一是为了减轻车轮的重量，二是便与调整偏圈。7、五、自行车上的力学知识自行车在我国是很普及的代步和运载工具。在它的“身上”运用了许多力学知识。测量中的应用在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率丸，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为nX2.23米或nX2.07米。力和运动的应用减小与增大摩擦。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，车把手塑料套，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，故车可迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。弹簧的减震作用。车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。压强知识的应用自行车车胎上刻有载重量。如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。座垫呈马鞍型，它能够增大座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。简单机械知识的应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：脚蹬板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。功、机械能的知识运用根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“、形”路线就是这个道理。动能和重力势能的相互转化。如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，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。惯性定律的运用快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮为什么会跳起来。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，所以后轮会跳起来。切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故！假如把我国比作一个自行车的王国，那么，青少年学生就是这王国中最忠实的臣民。无论是晴空万里，还是风雨交加，我们骑着这心爱的坐骑，奔驰在上学和放学的路上。作为我们出行的好伙伴，我们喜欢它，爱护它。自行车也很神奇，从它的构造和使用过程中，可以发现许多与物理有关的知识，不信请看。1、 稳定性的知识自行车之所以在行驶过程中不会倾倒，主要得益于物理学原理的应用。大家知道，凡是高速转动的物体，其转动方向会保持不变，物体便不会倾倒，这同旋转的陀螺不会倾倒是一个道理。我们骑自行车是在前进的方向上给自行车一个力，使车轮转动起来，车轮就能保持在一种平衡状态，在利用车把转动加以调节，自行车就可以往前行进了，一旦停下来，这种平衡没了，自行车就会倾倒。2、 摩擦力知识启动、行驶过程中的摩擦力当自行车启动或行驶时，在链条驱动下，后轮逆时针转动，轮胎与地面接触处相对于地面有向后运动的趋势，故地面对后轮施加向前的摩擦力，该摩擦力是自行车向前运动的动力。在此力的作用下，自行车整体具有向前运动的趋势，自行车的前轮胎于地面接触处具有向前运动的趋势，则地面对前轮产生向后的摩擦力，在该摩擦力的作用下，前轮便沿着后轮相同的方向转动起来，自行车向前运动，因此，人们也将后轮称为主动轮，前轮称为从动轮。当下雨或下雪天，地面摩擦力变小，自行车很容易摔倒，即平常说的打滑，其道理就在于此。自行车上轮胎上凹凸不平的花纹，就是为了增大摩擦力。刹车过程中的摩擦力摩擦力不仅关系到自行车的启动，对自行车的制动也非常关键。如果刹车性能不好，骑车人的安全就得不到保障。人捏刹车柄，使刹车线带动刹车块与轮胎靠紧，产生摩擦力，使自行车减速，最终停下来。摩擦力的大小取决于压力的大小和接触面的粗糙程度。以恒定的速度驾驶同一自行车、刹车力越大，摩擦力越大，自行车制动的越快；说明压力越大，产生的摩擦力越大。新、旧两辆自行车，在相同的速度下，用近似相同的力捏刹车柄，新车制动快，原因是旧车的刹车块和车胎磨得比较光滑，产生的摩擦力很小。另外在自行车的手把、脚踏板、等处，做有凹凸不平的花纹这也是通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦。3、 减震系统自行车装有减震器。自行车共有5个地方进行了减震处理：三脚架、鞍座、车头和前后轮胎，其中三脚架、鞍座、车头运用弹簧减震，车身则靠轮胎减震。自行车震动时，整个车身具有了形变性，使人落下时与车身接触的时间增长，受力变小，提高了舒适性。好比人从高处跳到水泥地上，脚会感到疼，如果在地面上铺上软垫，人再往下跳，即使是相同高度，感觉也不会那样剧烈。通过减震不仅使骑车人感到舒适，也减少了自行车的磨损。4、 压强知识(1)自行车车胎上刻有载重量。如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。(2)坐垫呈马鞍型，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。在夏天车轮气打足，则轮胎在强烈的阳光照射下，往往会爆胎，这是因为轮胎中气体在阳光照射下，吸收热量，温度升高，受热膨胀，压强增大，故车胎易爆。气门芯的作用：充气内胎上的气门芯，起着单向阀门的作用，只让气体进入，不让气体外漏，方便进气，保证充气内胎的密封。5、 简单机械的知识杠杆知识A、 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。B、 控制刹车闸的杠杆：车把上的闸把是省力杠杆，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。轮轴知识A、 中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴(脚蹬半径大于花盘齿轮半径)。B、 自行车手把与前叉轴：组成省力轮轴(手把转动的半径大于前叉轴的半径)。C、 后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴(齿轮半径小于后轮半径)。6、 功、机械能的知识运用根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“、形”路线就是这个道理。动能和重力势能的相互转化。如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，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。7、 惯性定律的运用快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮为什么会跳起来。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，所以后轮会跳起来。切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故！8、 光学知识自行车上的红色尾灯，不能自行发光，但是到了晚上却可以提醒汽车司机注意。因为自行车的尾灯是由很多蜂窝状的“小室”构成的，而每一个“小室”是由三个约成90度的反射面组成的。这样在晚上时，当后面汽车的灯光射到自行车尾灯上，就会产生反射光，由于红色醒目，就可以引起司机的注意。人面对车铃，会看到自己的像，这是因为车铃盖形状相当于一个凸面镜，人看到的是因反射而成的正立缩小的虚像。一、力学知识摩擦方面自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，并且使用摩擦大的材料，增大摩擦力。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。所有车轴处均有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，来减小摩擦。刹车时，用力捏紧车闸，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力。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。简单机械自行车刹车手闸是一个省力杠杆，车后坐的载物夹也是杠杆。脚踏和中轴大齿轮组成一个省力轮轴，后轮上小齿轮和后轮组成一个费力轮轴。车把和前叉也构成省力轮轴。自行车上坡走S形路线，相当于增加了斜面的长，可以省力，使上坡更容易。运动方面自行车的速度约为(3-5)m/s。以树木为参照物，自行车是运动的；以树木为参照物，自行车是向后退的。压强方面一般情况下，充足气的自行车前、后轮胎着地总面积大约为S=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=(600N+250N)=850N，可以计算出自行车对地面的压强约为8.5X104Pa。自行车的车座较宽大，可以增大人与车座的接触面积，减小对人的压强，人骑座时感到舒服。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。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。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。惯性方面当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然