自行车研究报告 我想研究的问题： 我们想研究的问题：

2为什么我们用那么小的力，而经过自行车的刹车系统却可以变得那么大力？
研究的目的：

研究的数据记录：（要画简图）

研究成果：

一、问题的提出:自行车发明至今已有200多年的历史.今天,它作为交通代步、锻炼身体、越野旅游、运动比赛以及运送货物(小型)已遍及到世界的每一个角落.它廉价、轻便的特点受到许多人的青睐,进而人们对它的要求也就越来越高.首先,安全性排首位.据相关调查表明,每年因自行车而引起的车祸正以惊人速度增长,所以要如何提高它的安全性是个问题;其次,自行车要如何更加轻便、高效、快速、造价更低廉,这些便成了人们关心自行车的话题.我们课题组主要通过各种方式的调查和研究,了解市场上的自行车,使人们对它有个了解.通过研究自行车中的力学、查阅资料、进行实验,目的就在于探索自行车的构造,以及工作原理,从而对自行车能否改变得更合乎人们的要求这话题找到理论依据.
　　二、研究目标弄清自行车的构造;探索自行车的杠杆轮轴、摩擦力、气压知识;研究自行车在行驶中为何不会跌倒;分析如何减小有害摩擦力和如何增大有益摩擦.
　　三、研究的方法
　　1、研究对象:市场上的自行车
　　2、研究方向a、杠杆轮轴:包括车把上的闸把、脚蹬、花盘、手把、前叉轴、后轮上的齿轮;b、气压:包括内胎、气门芯;c、摩擦力:包括车轮与地面的、刹车块与车轮之间的、轮轴中的;d、自行车在行驶中为何不会跌倒.
　　3、研究步骤:a、分析研究课题b、实地考查、收集资料c、进行实验d、组员讨论、得出结论、提出设想四、研究的结果与分析
　　〈一〉具体的自行车部件：
　　1、车架部件车架部件是构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。 车架部件的结构形式有很多，但总体可以分为两大类：即男式车架和女式车架。 车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。为了减轻管重量，提高强度，较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力，有的自行车还采用流线型的钢管。 由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。一般辐条是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型 。
　　2、外胎分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。 外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。山地自行车的外胎宽度特别宽，花纹较深也是适应越野山地用。
　　3、脚蹬、脚踏脚蹬部件：脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装置，自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，，然后由脚蹬轴转动曲柄，中轴，链条飞轮，使后轮转动，从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，自行D：加速阻力：只是在加速时产生的。 脚踏：可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面，必须安全可靠，具有一定的防滑性能，可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。
　　4、前叉部件前叉部件在自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。 转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。 前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质.
　　5、链条、链轮：链条：链条又称车链、滚子链，安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上，带动自行车前进。 链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。
　　6、飞轮飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。 单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成。 工作原理：当向前踏动脚踏是，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤 相含，飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后轴和后轮转动，自行车就前进了。当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动，这时飞轮内齿产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子的槽口内，千斤又压缩了千斤簧。当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时，千斤簧被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤被千斤簧弹到齿根上，发出“嗒嗒”的声响。芯子转动加快，千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动，发出“嗒嗒”的声音。当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动，使“嗒嗒”声响得更急促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度。
　　7、车闸
　　车闸：是保证骑乘者安全的结构，按制动点的位置来分，可以分为轮缘闸和轴闸两大类，最常见的是轮缘闸。
　　轮缘闸是一种通过机械杠杆、推杆、拉杆或钢丝绳等直接将高摩擦因素的闸皮压向车圈边缘后轮胎，将转动中的车轮刹停的装置。 轮缘闸结构简单，维修保养方便，因此被广泛使用。但是，如果接触车圈轮缘不正，或雨水淋湿的影响，会降低摩擦，从而影响制动的效果。常见的有：
　　普通闸： 优点为接触面合理，制动力矩大，制动灵敏，刹车性能可靠，结构简单和安装修理方便。
　　钳形闸：当刹车时，其左右闸叉和闸皮就像钳子一样，紧紧地钳住车圈的两个端边，达到使车减速或停的目的。优点是刹车时力臂大，制动效果好，传动零件少，调节和维修方便，重力轻，外形美观。
　　悬臂闸： 优点为悬臂闸刹车时的力矩比钳形闸更大，制动性能好，结构简单，重力轻，调节和维修方便。
　　前触闸：前触闸是靠杠杆原理制动的。当手握紧闸把时，闸把的另一头将接头、拉杆、拉管向下压，使闸皮向下压至与轮胎接触，产生摩擦制动力。其缺点是刹车效果与轮胎充气程度有关。充气不足时，会使摩擦力减小，影响刹车效果。
　　脚闸： 优点为由于刹车是用脚力的，所以在脚闸上产生的正压力越大，刹车效果越好。
　　闸的优点：刹车的制动点不在轮缘上，不会损坏车圈的电镀层。
　　8、鞍座
　　鞍座的长度、宽度的鞍梁的结构是以车型和乘骑者的性别、习惯来确定。鞍座的结构设计应充分考虑乘骑者舒适。它依靠鞍管与车架作钢性连接，用来承受人体的重量。具体来说：
　　鞍座面：是人体体重的支撑面，具有良好的强度和弹性，它由鞍座面皮和垫皮组成。
　　鞍座架：又称鞍梁，是鞍座的主体，其结构比较复杂，一般由前后撑板，左右鞍撑，上下梁组成，并连接和支撑鞍面。
　　鞍座簧：实质上是鞍座架的一部分。它支撑着鞍座架和鞍座面，起着缓冲和减震的作用。鞍座簧的形式有立簧、卧簧和拉簧等几种。
　　鞍座夹：又称鞍座卡，是由夹紧螺钉，座夹和夹板等组成，用来将鞍座固定在鞍簧上。
　　<二>杠杆、轮轴知识
　　1、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,人们用自行车的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,人们用很小的压力压到车轮的钢圈上.
　　2、自行车的轮轴:
　　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).
　　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轮).
　　c、后轴上的齿轮与后轮:组成费力轮轴(齿轮半径小于后轮半径).
　　<三> 自行车上的气压知识
　　a、自行车内胎充气:早期的各种轮子都是木轮、铁轮,颠簸不已.气内胎主要是使胎内的压强增大,可以起到缓冲的作用,同时可以减力.
　　b、气门芯的作用:充气内胎上的气门芯起着单向阀门的作用,方便进气,保证充气内胎的密封.
　　C、应用：
　　(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)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。
　　<四〉摩檫力的知识
　　摩擦力就是接触阻碍或帮助物体运动的力,它的大小和接触面的粗糙程度、压力的大小有关.在压力相同的情况下,摩擦阻力越小,小车滑得更远,但并不是摩擦力越小越好,当摩擦力小到没有的时候,可以想自行车在光滑没有摩擦力的情况下,轮子会原地打转而不会向前.故自行车外胎的表面是凹凸不平的花纹就是为了增大摩擦力的.如果轮胎表面越粗糙,摩擦力越大,行驶过程中越安全.
　　摩擦力不仅对自行车的启动很重要,而且对自行车的制动也很关键.当它在链条驱动下,后轮逆时针转动时,轮胎与地面接触处于对地面有向后运动的趋势,所以地面对后轮胎施加向前的力,成为自行车向前运动的力.在此力的作用下,自行车整体具有向前运动的趋势,而地面对前轮产生向后的摩擦力便沿着后轮胎相同的方向转动起来,使得自行车向前运动.当自行车刹车时,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.
　　自行车上增大摩擦的方法:
　　1、增加接触面积与粗糙程度来增大摩擦;
　　2、用加压的方法来增大摩擦.
　　自行车上减小摩擦的方法:
　　1、利用滚动摩擦代替滑动摩擦;
　　2、给某些部件加润滑剂,如:在轴中经常上油。
　　自行车在行驶时为何不会跌倒,说明了一个科学道理:任何物体绕自身高速转动起来,由于转动的惯性,会保持转动轴线的方向不变,而且旋转得越快,保持旋转方向不变的能力也越强.自行车的前轮和后轮在行驶时,就是两个迅速转动的物体,也有保持转动轴方向不变的人力,这个能力就使自行车不会倒下.另外,当车要倒下时,人会本能地调正车轮方向保持平衡。自行车的这些力学原理在生活中应用很广泛,我们不仅要巧用它们,还要善用它们.近几年来，人们又研究出了一些提高自行车稳定性的部件，例如：避震前叉：车胎充足气后，车轮与道路的接触面积小，摩擦阻力相应减小，使得行驶较轻松。但是，一旦遇上高低不平的道路，就会颠簸不稳，特别是前叉震动更加厉害。采用避震前叉可以起到以下一些作用：将车架和前轮弹性的连接在一起，可吸收并缓解因路面不平而传递给车架的冲击和震动，保持乘骑舒适和平稳。由于减震装置具有缓冲作用，可以避免某些零件因过分震动而损坏。减震装置能传递垂直力，驱动力，侧向力以及相应产生的力矩，确保骑行舒畅。

一、力学知识 1．摩擦方面 （1）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。 （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。 （4）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。 （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．简单机械 （1）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。 （2）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。 3．运动方面 （1）自行车的速度约为（3-5）m/s。 （2）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。 4．压强方面 （1）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8．5×104pa。 （2）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。 （3） 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。 （4）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。 （5）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．惯性方面 （1）当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然前进，是由于它具有惯性。 （2）当人骑自行车前进时，若紧急刹车，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。 （3）自行车的车支架上挂有一个弹簧，在它弹起时，弹簧的弹性势能转化为动能，车支架自动弹起。 （4）自行车在不平的路面骑行时，车坐下被压缩的弹簧产生弹力，弹簧的弹性势能转化为动能，弹簧起到减震作用。 二、声学知识 （1）自行车的金属车铃发声是由于铃盖在不停的振动。 （2）自行车有些部位零件松动时，骑行时引起振动发生。 三、热学知识 （1）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。 （2）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。 四、光学知识 （1）自行车的后面都装有一个反光镜，它是由许多角反射器组成的。当有光线从任意角度射向尾灯时，它都能把光“反向射回”。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，能引起汽车司机的注意。 （2）自行车铃的金属盖是凸面镜，能成正立、缩小的虚象。