自行车上的物理

自行车上物理知识的应用

1、稳定性的知识

自行车之所以在行驶过程中不会倾倒，主要得益于物理学原理的应用。

2、摩擦力知识

（1）启动、行驶过程中的摩擦力

当自行车启动或行驶时，在链条驱动下，后轮逆时针转动，轮胎与地面接触处相对于地面有向后运动的趋势，故地面对后轮施加向前的摩擦力，该摩擦力是自行车向前运动的动力。在此力的作用下，自行车整体具有向前运动的趋势，自行车的前轮胎于地面接触处具有向前运动的趋势，则地面对前轮产生向后的摩擦力，在该摩擦力的作用下，前轮便沿着后轮相同的方向转动起来，自行车向前运动，自行车上轮胎上凹凸不平的花纹，就是为了增大摩擦力。

（2）刹车过程中的摩擦力

摩擦力不仅关系到自行车的启动，对自行车的制动也非常关键。如果刹车性能不好，骑车人的安全就得不到保障。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。摩擦力的大小取决于压力的大小和接触面的粗糙程度。以恒定的速度驾驶同一自行车、刹车力越大，摩擦力越大，自行车制动的越快；说明压力越大，产生

的摩擦力越大。新、旧两辆自行车，在相同的速度下，用近似相同的力捏刹车柄，新车制

动快，原因是旧车的刹车块和车胎磨得比较光滑，产生的摩擦力很小。

另外在自行车的手把、脚踏板、等处，做有凹凸不平的花纹这也是通过增加接触面的

粗糙程度来增大摩擦。

3、减震系统

自行车装有减震器。自行车共有5个地方进行了减震处理：三脚架、鞍座、车头和前后轮胎，其中三脚架、鞍座、车头运用弹簧减震，车身则靠轮胎减震。自行车震动时，整个车身具有了形变性，使人落下时与车身接触的时间增长，受力变小，提高了舒适性。好比人从高处跳到水泥地上，脚会感到疼，如果在地面上铺上软垫，人再往下跳，即使是相同高度，

感觉也不会那样剧烈。通过减震不仅使骑车人感到舒适，也减少了自行车的磨损。

齿轮的应用。架子是杠杆的。圆形车轮是减少阻力。 刹车是增加摩擦力使其减速。

你知道自行车上有哪些物理知识吗？下面我们来看一看。 1、自行车上的摩擦知识。 ①自行车外胎为什么要有凸凹不平的花纹 摩擦力的大小跟两个因素有关：压力的大小、接触面的粗糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有凸凹不平的花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是为了防止自行车打滑。 ②自行车为什么能前进？ 当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车与路面之间有摩擦，不过，要问自行车为何能前进？这还是依靠后轮与地面之间的摩擦而产生的，这个摩擦力的方向是向前的。那前轮的摩擦力是干什么的？阻碍车的运动！其方向与自行车前进方向相反。正是这两个力大小相等，方向相反，所以自行车作匀速运动。不过，当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后。那谁和这两个力平衡呢？脚对地面的摩擦力向前！ ③刹车以后，自行车为何能停止？ 刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力（原来为滚动摩擦，方向向前），方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。 ④自行车哪些地方安有钢珠？为什么安钢珠？ 在自行车的前轴、中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处等地方，都安有钢珠。 人们骑自行车总是希望轻松、灵活、省力。而用滚动代替滑动就可以大大减小摩擦力，因此要在自行车转动的地方安装钢珠，我们可以经常加润滑油，使接触面彼此离开，这样就可以使摩擦力变得更小。 2、自行车上的杠杆、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，人们用很小的力就能转动自行车前轮，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，人们用很小的力就能使车闸以较大的压力压到车轮的钢圈上。 ②自行车上的轮轴 A、中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴（脚蹬半径大于花盘齿轮半径）。 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叉轴的半径）。 C、后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴（齿轮半径小于后轮半径）。 3、自行车上的气压知识。 自行车内胎充气：早期的各种轮子都是木轮、铁轮，颠簸不已。现代自行车使用充气内胎主要是使胎内的压强增大，可以起到缓冲的作用，同时可以减小自行车前进的阻力。 气门芯的作用：充气内胎上的气门芯，起着单向阀门的作用，只让气体进入，不让气体外漏，方便进气，保证充气内胎的密封。 4、自行车上光学知识。 自行车上的红色尾灯，不能自行发光，但是到了晚上却可以提醒司机注意，因为自行车的尾灯是由很多蜂窝状的“小室”构成的，而每一个“小室”是由三个约成90度的反射面组成的。这样在晚上时，当后面汽车的灯光射到自行车尾灯上，就会产生反射光，由于红色醒目，就可以引起司机的注意。 自行车在我国是很普及的代步和运载工具。在它的“身上”运用了许多力学知识 1．测量中的应用 在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。 2．力和运动的应用 (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，车把手塑料套，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，故车可迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。 (2)弹簧的减震作用。 车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。 3．压强知识的应用 (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。 4．简单机械知识的应用 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：脚蹬板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。 5．功、机械能的知识运用 (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)动能和重力势能的相互转化。 如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，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。 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，后轮为什么会跳起来。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，所以后轮会跳起来。 切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故