自行車中的物理知識(shí)

1、環(huán)球物理，讓物理更簡單！自行車是我們?nèi)粘Ｉ钪幸环N普遍的交通工具，常見的有普通載重自行車、輕便自行車、山地自行車、童車、賽車、電動(dòng)自行車等它結(jié)構(gòu)簡單，方便實(shí)用。今天，就讓我們來研究一下自行車中所蘊(yùn)含的物理知識(shí)。這是一種普通的自行車，在其中涉及到很多物理知識(shí)，包括杠桿、輪軸、摩擦、壓強(qiáng)、能量的轉(zhuǎn)化等力學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)知識(shí)，下面具體來分析一下一、力學(xué)知識(shí) 家用自行車1摩擦方面 (1)自行車車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些花紋，增大接觸面粗糙程度增大摩擦力 (2)車軸處經(jīng)常上一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度，來減小摩擦力(3)所有車軸處均有滾珠，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，來減小摩擦，轉(zhuǎn)動(dòng)方便

2、滾珠(4)剎車時(shí)，需要纂緊剎車把，以增大剎車塊與車圈之間的壓力，從而增大摩擦力，(5)緊蹬自行車前進(jìn)時(shí)，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進(jìn)的動(dòng)力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進(jìn)的阻力；自行車靠慣性前進(jìn)時(shí)，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個(gè)力均是自行車前進(jìn)的阻力2壓強(qiáng)方面(1)一般情況下，充足氣的自行車輪胎著地面積大約為S=2×10cm×5cm=100cm2，當(dāng)一普通的成年人騎自行車前進(jìn)時(shí)，自行車對(duì)地面的壓力大約為F=(500N+150N)=650N，可以計(jì)算出自行車對(duì)地面的壓強(qiáng)約為6.5×106Pa(2)在車軸擰螺母處要加一個(gè)墊圈，來增大受力面積，以

3、減小壓強(qiáng)(3)自行車的腳踏板做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對(duì)腳的壓強(qiáng)，(4)自行車的內(nèi)胎要充夠足量的氣體，在氣體的體積、溫度一定時(shí)，氣體的質(zhì)量越大，壓強(qiáng)越大(5)自行車的車座做得扁而平（如圖），來增大受力面積，以減小它對(duì)身體的壓強(qiáng) 車座3輪軸方面 (1)自行車的車把相當(dāng)于一個(gè)輪軸，車把相當(dāng)于輪，前軸為軸，是一個(gè)省力杠桿，如圖示 車把 (2)自行車的腳踏板與中軸也相當(dāng)于一個(gè)輪軸，實(shí)質(zhì)也為一個(gè)省力杠桿 腳踏(3)自行車的飛輪也相當(dāng)于一個(gè)省力的輪軸 飛輪 4杠桿方面 自行車的剎車把相當(dāng)于一個(gè)省力杠桿 5慣性方面(1)當(dāng)人騎自行車前進(jìn)時(shí)，停止蹬自行車后，自行車仍然向前走，是由于它有慣性(2)當(dāng)人

4、騎自行車前進(jìn)時(shí)，若遇到緊急情況，一般情況下要先捏緊后剎車，然后再捏緊前剎車，或者前后一起捏緊，這樣做是為了防止人由于慣性而向前飛出去6能量轉(zhuǎn)化方面(1)當(dāng)人騎自行車下坡時(shí)，速度越來越快，是由于下坡時(shí)人和自行車的重力勢能轉(zhuǎn)化為人和自行車的動(dòng)能(2)當(dāng)人騎自行車上坡之前要緊蹬幾下，目的是增大速度，來增大人和自行車的動(dòng)能，這樣上坡時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能，能上得更高一些二、聲學(xué)方面(1)自行車的金屬車鈐發(fā)聲是由于鈴蓋在不停的振動(dòng)，而汽笛發(fā)聲是由于汽笛內(nèi)的氣體不斷的振動(dòng)而引起的金屬車鈴 汽笛三、熱學(xué)知識(shí)在夏天自行車輪胎內(nèi)的氣體不能充得太足，是為了防止自行車爆胎，因?yàn)閷?duì)于質(zhì)量、體積一定的氣體，當(dāng)溫度越高，壓

5、強(qiáng)越大，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)，若超過了輪胎的承受能力，就會(huì)發(fā)生爆胎的情況四、光學(xué)知識(shí)在日常生活中，自行車的后面都裝有一個(gè)反光鏡，它的設(shè)計(jì)很巧妙，是由三個(gè)相互垂直的平面鏡組成一個(gè)立體直角，用其內(nèi)表面作為反射面，這叫角反射器當(dāng)有光線從任意角度射向尾燈時(shí)，它都能把光“反向射回”，當(dāng)光線射向反光鏡時(shí)，會(huì)使后面的人很容易看到在夜間，當(dāng)汽車燈光照到它前方的自行車尾燈上，無論入射方向如何，反射光都能反射到汽車上，其光強(qiáng)遠(yuǎn)大于一般的漫反射光，就如發(fā)光的紅燈，足以讓汽車的司機(jī)觀察到五、電學(xué)方面電動(dòng)自行車的基本原理是：由蓄電池提供電能，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)自行車。電動(dòng)自行車是腳踏車的衍生物。于普通自行車相比：普通自行車 電

6、動(dòng)自行車 車速       10-15km      15-20km活動(dòng)范圍   15km       25-40km是否省力       否          是平均價(jià)格 300左右   2500左右電動(dòng)自行車六、新型自行車據(jù)英國每日郵報(bào)報(bào)道，英國里士滿市政

7、府推出一項(xiàng)新舉措，鼓勵(lì)家長使用一種酷似手推車的載物自行車。這種新型自行車不僅環(huán)保，還能讓人遠(yuǎn)離交通擁堵的煩惱。不得不見的寶馬新型自行車：看來，小小自行車中還蘊(yùn)藏著這么多的物理知識(shí)啊！涵蓋廣，意義深，說明只要善于思考，勤于發(fā)現(xiàn)，便能學(xué)到知識(shí)。2010-031.測量中的運(yùn)用 在測量跑到的長度時(shí)，可運(yùn)用自行車。如普通車輪的直徑是0.71米或0.66米。那么轉(zhuǎn)過一圈長度為直徑乘圓周率，即約2.33米或2.07米，然后，讓車沿這跑道滾動(dòng)，記下滾動(dòng)的圈數(shù)n則跑道長為2.33n米或2.07n米。 2.力和運(yùn)動(dòng)的運(yùn)用 （1） 減小與增大摩擦。車的前軸，中軸及后軸均采用滾動(dòng)以減小摩擦。為更進(jìn)一步減小摩擦，人們常

8、在這些部位加潤滑劑。多處刻有凹凸不平的花紋以增大摩擦。如車的外胎，車的把手的塑料套，蹬板套，閘把套等。變滾動(dòng)摩擦為滑動(dòng)摩擦以增大摩擦。如在剎車時(shí)，車輪不再滾動(dòng)，而在地面上滑動(dòng)，摩擦大大增加了，故車可以迅速停駛。而在剎車的同時(shí)，手用力握緊閘把，增大剎車皮對(duì)鋼圈的壓力以達(dá)到制止車輪滾動(dòng)的目的。 （2） 彈簧的減振作用。車的坐墊下安有許多根彈簧，利用它的緩沖作用以減小振動(dòng) 3.壓強(qiáng)知識(shí)的運(yùn)用 （1）自行車車胎上刻有載重量。如車載重過量，則車胎受到壓強(qiáng)太大而被壓破。 （2）坐墊呈馬鞍形，它能夠增大坐墊與人體的接觸面積以減小臀部所受壓強(qiáng)，使人騎車不易感到疲勞。 4.簡單機(jī)械知識(shí)的運(yùn)用 自行車制動(dòng)系統(tǒng)中的

9、車閘把與連桿是一個(gè)省力杠桿，可增大對(duì)剎車皮的拉力。自行車為了省力或省距離，還使用了輪軸:：腳踏板與鏈輪牙盤；后輪與飛輪及龍頭與轉(zhuǎn)軸等。 5.功和機(jī)械能的知識(shí)的運(yùn)用 （1） 根據(jù)功的原理：省力必定費(fèi)距離。因此人們?cè)谏掀聲r(shí)，常騎“s”形路線就是這個(gè)道理 （2） 動(dòng)能和重力勢能的互相轉(zhuǎn)化。如汽車上坡前，人們要加緊蹬幾下，就容易上去些，這里是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能。而騎車下坡，不用蹬，車速也越來越快，此為勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 （3） 整體上自行車是費(fèi)力機(jī)械，一般為省距離才騎自行車。頂風(fēng)騎車比頂風(fēng)行走艱難，就是因?yàn)轵T車費(fèi)的力被“放大”了 6.慣性定律的運(yùn)用 快速行駛的自行車，如果突然把前輪剎住，后輪會(huì)跳起來。這是因

10、為前輪受到阻力而突然停止運(yùn)動(dòng)，但車上的人和后輪沒有受到阻力，根據(jù)慣性定律，人和后輪要保持繼續(xù)向前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。所以切記下坡或高速行駛時(shí)，不能單獨(dú)用自行車的前閘剎車，否則會(huì)出現(xiàn)翻車事自行車后輪驅(qū)動(dòng)，后輪相對(duì)于地面其實(shí)是靜摩擦（和人走路一樣）雖然自行車相對(duì)運(yùn)動(dòng)看起來是向前，但是輪子其實(shí)相對(duì)于地面是有向后的運(yùn)動(dòng)趨勢，所以此時(shí)摩擦力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，也就是摩擦力向前。 自行車后輪驅(qū)動(dòng)，后輪相對(duì)于地面其實(shí)是靜摩擦（和人走路一樣）雖然自行車相對(duì)運(yùn)動(dòng)看起來是向前，但是輪子其實(shí)相對(duì)于地面是有向后的運(yùn)動(dòng)趨勢，所以此時(shí)摩擦力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，也就是摩擦力向前。 前輪就不一樣了，因?yàn)榇藭r(shí)是地面的摩擦力使前輪運(yùn)動(dòng)（

11、這里和后輪是完全兩種情況，很多人容易混為一談），首先，想象一個(gè)畫面，靜止在一個(gè)粗糙水平面上的輪子，你要使它向前運(yùn)動(dòng)，且不接觸它，你只能向后拖動(dòng)水平面，因此摩擦力只能向后。故。 普通自行車只有兩個(gè)齒輪！不同的車齒輪數(shù)是不一樣的，越高級(jí)越多齒盤，腳蹬的這個(gè)我們叫它大齒盤，后面那個(gè)叫飛輪，飛輪固定在后輪上，飛輪轉(zhuǎn)一圈，后輪轉(zhuǎn)一圈，我們蹬腳踏，腳踏帶動(dòng)曲柄，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)大齒盤，大齒盤靠鏈條傳動(dòng)到飛輪，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)！腳蹬一圈自行車走多遠(yuǎn)，取決于齒盤和飛輪的齒數(shù)比，齒數(shù)比越大車輪轉(zhuǎn)的越遠(yuǎn)，齒數(shù)比越小車輪轉(zhuǎn)的越省力 1.總的來講：自行車能前進(jìn)的根本原因是摩擦力的作用。輪胎與地面摩擦，地面給輪胎一個(gè)反作用力，推動(dòng)車子前進(jìn)。2.人通過蹬踏，把腿部的力量傳遞到腳踏，腳踏牙盤（你所說的前齒輪）獲得扭矩再利用鏈傳動(dòng)（鏈條），傳遞到飛輪（后齒輪），飛輪與塔基及車軸的安裝配合，傳遞為對(duì)車條的扭矩拉力，從而帶動(dòng)車圈轉(zhuǎn)動(dòng)，最后通過車胎與地面的摩擦獲得反作用力，前進(jìn)。3.牙盤與飛輪（前、后齒輪）具有不同的齒數(shù)，通過調(diào)整