自行车中物理基础知识.doc

自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具，常见的有普通载重自行车、轻便自行车、山地自行车、童车、赛车、电动自行车等．它结构简单，方便实用。今天，就让我们来研究一下自行车中所蕴含的物理知识。
这是一种普通的自行车，在其中涉及到很多物理知识，包括杠杆、轮轴、摩擦、压强、能量的转化等力学、热学及光学知识，下面具体来分析一下．

一、力学知识 家用自行车
1．摩擦方面
(1)自行车车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，增大接触面粗糙程度．增大摩擦力．

(2)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．
(3)所有车轴处均有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，来减小摩擦，转动方便．
滚珠

(4)刹车时，需要纂紧刹车把，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力，
(5)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．
2．压强方面
(1)一般情况下，充足气的自行车轮胎着地面积大约为S=2×10cm×5cm=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=(500N+150N)=650N，可以计算出自行车对地面的压强约为6.5×106Pa．
(2)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．
(3)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，
(4)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．
(5)自行车的车座做得扁而平（如图），来增大受力面积，以减小它对身体的压强．
车座
3．轮轴方面
(1)自行车的车把相当于一个轮轴，车把相当于轮，前轴为轴，是一个省力杠杆，如图示．
车把

(2)自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮轴，实质也为一个省力杠杆．
脚踏

(3)自行车的飞轮也相当于一个省力的轮轴．
飞轮

4．杠杆方面
自行车的刹车把相当于一个省力杠杆．
5．惯性方面
(1)当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然向前走，是由于它有惯性．
(2)当人骑自行车前进时，若遇到紧急情况，一般情况下要先捏紧后刹车，然后再捏紧前刹车，或者前后一起捏紧，这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去．

6．能量转化方面
(1)当人骑自行车下坡时，速度越来越快，是由于下坡时人和自行车的重力势能转化为人和自行车的动能．
(2)当人骑自行车上坡之前要紧蹬几下，目的是增大速度，来增大人和自行车的动能，这样上坡时动能转化为重力势能，能上得更高一些．

二、声学方面
(1)自行车的金属车钤发声是由于铃盖在不停的振动，而汽笛发声是由于汽笛内的气体不断的振动而引起的．
金属车铃 汽笛

三、热学知识
在夏天自行车轮胎内的气体不能充得太足，是为了防止自行车爆胎，因为对于质量、体积一定的气体，当温度越高，压强越大，当压强达到一定程度时，若超过了轮胎的承受能力，就会发生爆胎的情况．

四、光学知识
在日常生活中，自行车的后面都装有一个反光镜，它的设计很巧妙，是由三个相互垂直的平面镜组成一个立体直角，用其内表面作为反射面，这叫角反射器．当有光线从任意角度射向尾灯时，它都能把光“反向射回”，当光线射向反光镜时，会使后面的人很容易看到．在夜间，当汽车灯光照到它前方的自行车尾灯上，无论入射方向如何，反射光都能反射到汽车上，其光强远大于一般的漫反射光，就如发光的红灯，足以让汽车的司机观察到．

五、电学方面
电动自行车的基本原理是：由蓄电池提供电能，电动机驱动自行车。电动自行车是脚踏车的衍生物。于普通自行车相比：
普通自行车 电动自行车
车速       10-15km      15-20km
活动范围   15km       25-40km
是否省力       否          是
平均价格 300左右   2500左右

电动自行车
六、新型自行车
⑴据英国《每日邮报》报道，英国里士满市政府推出一项新举措，鼓励家长使用一种酷似手推车的载物自行车。这种新型自行车不仅环保，还能让人远离交通拥堵的烦恼。

⑵不得不见的宝马新型自行车：

看来，小小自行车中还蕴藏着这么多的物理知识啊！涵盖广，意义深，说明只要善于思考，勤于发现，便能学到知识。
2010-03
1.测量中的运用
　　在测量跑到的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径是0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率，即约2.33米或2.07米，然后，让车沿这跑道滚动，记下滚动的圈数n则跑道长为2.33n米或2.07n米。
　　2.力和运动的运用
　　（1） 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，车的把手的塑料套，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，故车可以迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。
　　（2） 弹簧的减振作用。车的坐垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小振动
　　3.压强知识的运用
　　（1）自行车车胎上刻有载重量。如车载重过量，则车胎受到压强太大而被压破。
　　（2）坐垫呈马鞍形，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。
　　4.简单机械知识的运用
　　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:：脚踏板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。
　　5.功和机械能的知识的运用
　　（1） 根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“s形路线就是这个道理
　　（2） 动能和重力势能的互相转化。如汽车上坡前，人们要加紧蹬几下，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。
　　（3） 整体上自行车是费力机械，一般为省距离才骑自行车。顶风骑车比顶风行走艰难，就是因为骑车费的力被“放大”了
　　6.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，否则会出现翻车事自行车后轮驱动，后轮相对于地面其实是静摩擦（和人走路一样）虽然自行车相对运动看起来是向前，但是轮子其实相对于地面是有向后的运动趋势，所以此时摩擦力和相对运动方向相反，也就是摩擦力向前。 ｛ 自行车后轮驱动，后轮相对于地面其实是静摩擦（和人走路一样）虽然自行车相对运动看起来是向前，但是轮子其实相对于地面是有向后的运动趋势，所以此时摩擦力和相对运动方向相反，也就是摩擦力向前。

前轮就不一样了，因为此时是地面的摩擦力使前轮运动（这里和后轮是完全两种情况，很多人容易混为一谈），首先，想象一个画面，静止在一个粗糙水平面上的轮子，你要使它向前运动，且不接触它，你只能向后拖动水平面，因此摩擦力只能向后。｝
故。 普通自行车只有两个齿轮！不同的车齿轮数是不一样的，越高级越多齿盘，脚蹬的这个我们叫它大齿盘，后面那个叫飞轮，
飞轮固定在后轮上，飞轮转一圈，后轮转一圈，
我们蹬脚踏，脚踏带动曲柄，曲柄转动大齿盘，大齿盘靠链条传动到飞轮，车轮转动！
脚蹬一圈自行车走多远，取决于齿盘和飞轮的齿数比，齿数比越大车轮转的越远，齿数比越小车轮转的越省力
1.总的来讲：自行车能前进的根本原因是摩擦力的作用。
轮胎与地面摩擦，地面给轮胎一个反作用力，推动车子前进。

2.人通过蹬踏，把腿部的力量传递到脚踏，脚踏牙盘（你所说的前齿轮）获得扭矩再利用链传动（链条），传递到飞轮（后齿轮），飞轮与塔基及车轴的安装配合，传递为对车条的扭矩拉力，从而带动车圈转动，最后通过车胎与地面的摩擦获得反作用力，前进。

3.牙盘与飞轮（前、后齿轮）具有不同的齿数，通过调整配合获得不同的齿数比，也就改变了传动比，从而获得你所需要的不同动力输出。比如你在上坡时希望省力，你就会通过变速，把前后齿轮比小，比如前面用最小齿轮而后面用最大齿轮，这样你就能轻松爬上一般的坡度了；而希望在平地快速骑行时是用前面的大齿轮带动小齿轮。
其实从能量守恒上讲，你从一个地方到达另一个地方路径相同的情况下总功是不变的~~但可以通过这样改变速度而改变做功的时间。

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