自行車中的物理知識
自行車中的物理知識
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、電動自行車等.它結(jié)構(gòu)簡單，方便實用，以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于自行車中的物理知識的內(nèi)容，希望大家喜歡!
(一)自行車的有關(guān)原理
一、 車體設(shè)計原理
A：手把連接前輪的轉(zhuǎn)向機制是輪軸的運用，一般女裝車手把大多比較寬，就是因為把“輪”的半徑加大，可以更省力，騎起來很優(yōu)雅.
B：剎車把手是一個簡單的杠桿，使用者用很小的力就可對剎車片產(chǎn)生很大的壓力.
C：前剎片是利用摩擦力使車輪減速，同時在接地點產(chǎn)生向后的摩擦力來使車體減速.以前輪夾式剎車和傳統(tǒng)后輪軸心的盤式剎車來比較，對同樣大小的剎車壓力而言，前者因力臂較長，會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子前進，剎車也是同樣道理.
E：輪軸中央用滾珠軸承加黃油來減少摩擦，提高傳動效率.
F：踏板是輪軸的運用.
G：前后齒輪是利用鏈條傳動的齒輪系統(tǒng)，因為前大后小，所以費力而省時，可以把車子加速到很快.
H：后齒輪傳動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：新型自行車有些裝上油壓避震器，是帕斯卡原理的運用.
二、為何自行車剛騎動時手把會不自覺轉(zhuǎn)動?
自行車基本上是兩點著地，騎動時可以不倒下是因為兩輪滾動時產(chǎn)生水平方向的角動量;當(dāng)車子幾乎靜止時角動量消失了，質(zhì)心要通過底座(人和車體在地面的投影)的機會非常少，不可避免就要倒下，此時若轉(zhuǎn)動手把就會產(chǎn)生垂直方向的角動量，使車子保持平衡，這點和飛盤轉(zhuǎn)動時可以保持平穩(wěn)飛行有異曲同工之妙，但因為轉(zhuǎn)動不是很完整，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，但省力一定較費時，所以車騎得不快，一般在起動時會把a/b調(diào)小一點，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有兩個不同半徑的前輪，后面有五個，以共有十種組合.
四、剎車原理
從運動學(xué)的角度來看，急剎車車子可能向前翻倒.先考慮前輪剎死的情形：此時以前輪著地點為支點，因車子有向前的慣性(人車的質(zhì)心明顯在支點右上方)，很容易有向前翻的情形發(fā)生;那后輪剎車的情形又如何呢?如果后輪剎死了車子的慣性一樣向前，但此時前輪對地面的壓力會增大，相對減少后輪的下壓力，所以翻車的機會較少，當(dāng)然若是向前的慣性實在太大，車子一樣會以前輪為支點旋轉(zhuǎn)而使后輪會上蹺.
綜合以上可知：自行車最好不要單獨剎前輪，若只有一個剎車系統(tǒng)應(yīng)裝在后輪，當(dāng)然兩輪一起剎車最理想.不論用那一輪剎車，前輪的下壓力一定會增大，后輪的一定減少，所以前輪的剎車摩擦力比后輪的大.所以在機車或汽車上，效果較佳(當(dāng)然也較貴)的碟式剎車裝在前輪，后輪再裝鼓式剎車，此即常在汽車廣告中聽到的”前碟后鼓”，但注意使用的前提是前后剎車一定同時作用，以免翻車.
(二)自行車中的物理知識
兩種常見的自行車，在其中涉及到很多物理知識，包括杠桿、輪軸、摩擦、壓強、能量的轉(zhuǎn)化等力學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)知識，下面具體來分析一下.
一、力學(xué)知識
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，變滑動摩擦為滾動摩擦，來減小摩擦，轉(zhuǎn)動方便.
(4)剎車時，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)緊蹬自行車前進時，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進的動力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進的阻力;自行車靠慣性前進時，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個力均是自行車前進的阻力.
2.壓強方面
(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=100×cm2，當(dāng)一普通的成年人騎自行車前進時，自行車對地面的壓力大約為F=(500N+150N)=650N，可以計算出自行車對地面的壓強為6.5×104Pa.
(2)在車軸擰螺母處要加一個墊圈，來增大受力面積，減小壓強.
(3)自行車的腳踏板做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對腳的壓強，
(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，氣體的質(zhì)量越大，壓強越大.
(5)自行車的車座做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對身體的壓強.
3.輪軸方面
(1)自行車的車把相當(dāng)于一個輪軸，車把相當(dāng)于輪，前軸為軸，是一個省力杠桿，如圖3所示.
(2)自行車的腳踏板與中軸也相當(dāng)于一個輪軸，實質(zhì)為一個省力杠桿.
(3)自行車的飛輪也相當(dāng)于一個省力的輪軸.
4.杠桿方面：自行車的剎車把相當(dāng)于一個省力杠桿.
5.慣性方面
(1)當(dāng)人騎自行車前進時，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)人騎自行車前進時，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，速度越來越快，是由于下坡時人和自行車的重力勢能轉(zhuǎn)化為人和自行車的動能.
(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能，這樣上坡時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，能上得更高一些.
(3)如圖4所示，自行車的車梯上掛有一個彈簧，在它彈起時，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，車梯自動彈起.
7.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，而汽笛發(fā)聲是由于汽笛內(nèi)的氣體不斷的振動而引起的.
8.齒輪傳動方面
(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)動的角速度為ω，則有v =ωR.
二、熱學(xué)知識
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，因為對于質(zhì)量、體積一定的氣體，當(dāng)溫度越高，壓強越大，當(dāng)壓強達到一定程度時，若超過了輪胎的承受能力，就會發(fā)生爆胎的情況.
三、光學(xué)知識
在日常生活中，自行車的后面都裝有一個反光鏡，它的設(shè)計很巧妙，組成如圖6所示，它是由三個相互垂直的平面鏡組成一個立體直角，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，它都能把光“反向射回”，當(dāng)光線射向反光鏡時，會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，足以讓汽車的司機觀察到.
四、電學(xué)方面
在有些自行車上裝有小型的發(fā)電裝置，它利用摩擦轉(zhuǎn)動，就像我們在實驗室中看到的手搖發(fā)電機一樣，發(fā)出的電能供給車燈工作，起到一定的照明作用.
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