自行車(chē)中的物理知識(shí)
自行車(chē)中的物理知識(shí)
自行車(chē)是我們?nèi)粘Ｉ钪幸环N普遍的交通工具，常見(jiàn)的有普通載重自行車(chē)、輕便自行車(chē)、山地自行車(chē)、童車(chē)、賽車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)等.它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用，以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于自行車(chē)中的物理知識(shí)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
(一)自行車(chē)的有關(guān)原理
一、 車(chē)體設(shè)計(jì)原理
A：手把連接前輪的轉(zhuǎn)向機(jī)制是輪軸的運(yùn)用，一般女裝車(chē)手把大多比較寬，就是因?yàn)榘?ldquo;輪”的半徑加大，可以更省力，騎起來(lái)很優(yōu)雅.
B：剎車(chē)把手是一個(gè)簡(jiǎn)單的杠桿，使用者用很小的力就可對(duì)剎車(chē)片產(chǎn)生很大的壓力.
C：前剎片是利用摩擦力使車(chē)輪減速，同時(shí)在接地點(diǎn)產(chǎn)生向后的摩擦力來(lái)使車(chē)體減速.以前輪夾式剎車(chē)和傳統(tǒng)后輪軸心的盤(pán)式剎車(chē)來(lái)比較，對(duì)同樣大小的剎車(chē)壓力而言，前者因力臂較長(zhǎng)，會(huì)比后者有較大的力矩，效果較佳.
D：接地的輪胎也是靠摩擦力使車(chē)子前進(jìn)，剎車(chē)也是同樣道理.
E：輪軸中央用滾珠軸承加黃油來(lái)減少摩擦，提高傳動(dòng)效率.
F：踏板是輪軸的運(yùn)用.
G：前后齒輪是利用鏈條傳動(dòng)的齒輪系統(tǒng)，因?yàn)榍按蠛笮?，所以費(fèi)力而省時(shí)，可以把車(chē)子加速到很快.
H：后齒輪傳動(dòng)給后輪是一種作用力施在軸上的輪軸系統(tǒng).
I：有些座墊下方是以彈簧為避震器，是彈簧在日常生活中除了做為彈簧秤外，另一大用途.
J：新型自行車(chē)有些裝上油壓避震器，是帕斯卡原理的運(yùn)用.
二、為何自行車(chē)剛騎動(dòng)時(shí)手把會(huì)不自覺(jué)轉(zhuǎn)動(dòng)?
自行車(chē)基本上是兩點(diǎn)著地，騎動(dòng)時(shí)可以不倒下是因?yàn)閮奢啙L動(dòng)時(shí)產(chǎn)生水平方向的角動(dòng)量;當(dāng)車(chē)子幾乎靜止時(shí)角動(dòng)量消失了，質(zhì)心要通過(guò)底座(人和車(chē)體在地面的投影)的機(jī)會(huì)非常少，不可避免就要倒下，此時(shí)若轉(zhuǎn)動(dòng)手把就會(huì)產(chǎn)生垂直方向的角動(dòng)量，使車(chē)子保持平衡，這點(diǎn)和飛盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以保持平穩(wěn)飛行有異曲同工之妙，但因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)不是很完整，方向又一再改變，所以一般不能撐很久.
三、變速原理
設(shè)前齒輪半徑a、后齒輪半徑b，a/b的比值愈大，可以愈省力，但省力一定較費(fèi)時(shí)，所以車(chē)騎得不快，一般在起動(dòng)時(shí)會(huì)把a(bǔ)/b調(diào)小一點(diǎn)，比較容易克服最大靜摩擦力，之后再把比值變大.一輛十段變速的自行車(chē)有兩個(gè)不同半徑的前輪，后面有五個(gè)，以共有十種組合.
四、剎車(chē)原理
從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度來(lái)看，急剎車(chē)車(chē)子可能向前翻倒.先考慮前輪剎死的情形：此時(shí)以前輪著地點(diǎn)為支點(diǎn)，因車(chē)子有向前的慣性(人車(chē)的質(zhì)心明顯在支點(diǎn)右上方)，很容易有向前翻的情形發(fā)生;那后輪剎車(chē)的情形又如何呢?如果后輪剎死了車(chē)子的慣性一樣向前，但此時(shí)前輪對(duì)地面的壓力會(huì)增大，相對(duì)減少后輪的下壓力，所以翻車(chē)的機(jī)會(huì)較少，當(dāng)然若是向前的慣性實(shí)在太大，車(chē)子一樣會(huì)以前輪為支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)而使后輪會(huì)上蹺.
綜合以上可知：自行車(chē)最好不要單獨(dú)剎前輪，若只有一個(gè)剎車(chē)系統(tǒng)應(yīng)裝在后輪，當(dāng)然兩輪一起剎車(chē)最理想.不論用那一輪剎車(chē)，前輪的下壓力一定會(huì)增大，后輪的一定減少，所以前輪的剎車(chē)摩擦力比后輪的大.所以在機(jī)車(chē)或汽車(chē)上，效果較佳(當(dāng)然也較貴)的碟式剎車(chē)裝在前輪，后輪再裝鼓式剎車(chē)，此即常在汽車(chē)廣告中聽(tīng)到的”前碟后鼓”，但注意使用的前提是前后剎車(chē)一定同時(shí)作用，以免翻車(chē).
(二)自行車(chē)中的物理知識(shí)
兩種常見(jiàn)的自行車(chē)，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(lái)分析一下.
一、力學(xué)知識(shí)
1.摩擦方面
(1)自行車(chē)車(chē)輪胎、車(chē)把套、腳踏板以及剎車(chē)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(chē)軸處經(jīng)常上一些潤(rùn)滑油，以減小接觸面粗糙程度，來(lái)減小摩擦力.
(3)所有車(chē)軸處均有滾珠，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，來(lái)減小摩擦，轉(zhuǎn)動(dòng)方便.
(4)剎車(chē)時(shí)，需要纂緊剎車(chē)把，以增大剎車(chē)塊與車(chē)圈之間的壓力，從而增大摩擦力，
(5)緊蹬自行車(chē)前進(jìn)時(shí)，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車(chē)前進(jìn)的動(dòng)力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車(chē)前進(jìn)的阻力;自行車(chē)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(chē)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(chē)輪胎著地面積大約為S=2×10Cm×5cm=100×cm2，當(dāng)一普通的成年人騎自行車(chē)前進(jìn)時(shí)，自行車(chē)對(duì)地面的壓力大約為F=(500N+150N)=650N，可以計(jì)算出自行車(chē)對(duì)地面的壓強(qiáng)為6.5×104Pa.
(2)在車(chē)軸擰螺母處要加一個(gè)墊圈，來(lái)增大受力面積，減小壓強(qiáng).
(3)自行車(chē)的腳踏板做得扁而平，來(lái)增大受力面積，以減小它對(duì)腳的壓強(qiáng)，
(4)自行車(chē)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(chē)的車(chē)座做得扁而平，來(lái)增大受力面積，以減小它對(duì)身體的壓強(qiáng).
3.輪軸方面
(1)自行車(chē)的車(chē)把相當(dāng)于一個(gè)輪軸，車(chē)把相當(dāng)于輪，前軸為軸，是一個(gè)省力杠桿，如圖3所示.
(2)自行車(chē)的腳踏板與中軸也相當(dāng)于一個(gè)輪軸，實(shí)質(zhì)為一個(gè)省力杠桿.
(3)自行車(chē)的飛輪也相當(dāng)于一個(gè)省力的輪軸.
4.杠桿方面：自行車(chē)的剎車(chē)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(chē)前進(jìn)時(shí)，停止蹬自行車(chē)后，自行車(chē)仍然向前走，是由于它有慣性.
(2)當(dāng)人騎自行車(chē)前進(jìn)時(shí)，若遇到緊急情況，一般情況下要先捏緊后剎車(chē)，然后再捏緊前剎車(chē)，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(chē)下坡時(shí)，速度越來(lái)越快，是由于下坡時(shí)人和自行車(chē)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為人和自行車(chē)的動(dòng)能.
(2)當(dāng)人騎自行車(chē)上坡之前要緊蹬幾下，目的是增大速度，來(lái)增大人和自行車(chē)的動(dòng)能，這樣上坡時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，能上得更高一些.
(3)如圖4所示，自行車(chē)的車(chē)梯上掛有一個(gè)彈簧，在它彈起時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，車(chē)梯自動(dòng)彈起.
7.聲學(xué)方面
(1)自行車(chē)的金屬車(chē)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.
8.齒輪傳動(dòng)方面
(1)線速度和角速度的關(guān)系，如圖5所示，設(shè)齒輪邊緣的線速度為v ，齒輪的半徑為R，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，則有v =ωR.
二、熱學(xué)知識(shí)
在夏天自行車(chē)輪胎內(nèi)的氣體不能充得太足，是為了防止自行車(chē)爆胎，因?yàn)閷?duì)于質(zhì)量、體積一定的氣體，當(dāng)溫度越高，壓強(qiáng)越大，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)，若超過(guò)了輪胎的承受能力，就會(huì)發(fā)生爆胎的情況.
三、光學(xué)知識(shí)
在日常生活中，自行車(chē)的后面都裝有一個(gè)反光鏡，它的設(shè)計(jì)很巧妙，組成如圖6所示，它是由三個(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(chē)燈光照到它前方的自行車(chē)尾燈上，無(wú)論入射方向如何，反射光都能反射到汽車(chē)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(chē)的司機(jī)觀察到.
四、電學(xué)方面
在有些自行車(chē)上裝有小型的發(fā)電裝置，它利用摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)，就像我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中看到的手搖發(fā)電機(jī)一樣，發(fā)出的電能供給車(chē)燈工作，起到一定的照明作用.
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