自行車里的物理知識.doc

杠桿的定義在物理學(xué)中，將一根在力的作用下可繞一固定點轉(zhuǎn)動的硬棒成為杠桿（lever）。杠桿的原理杠桿原理亦稱“杠桿平衡條件”。要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力（動力點、支點和阻力點）的大小跟它們的力臂或反比。動力動力臂=阻力阻力臂，用代數(shù)式表示為F L1=WL2。式中，F(xiàn)表示動力，L1表示動力臂，W表示阻力，L2表示阻力臂。從上式可看出，欲使杠桿達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。杠桿分類杠桿可分為省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿。這幾類杠桿有如下特征：1.省力杠桿：L1L2, F1F2 ,省力、費距離。如拔釘子用的羊角錘、鍘刀等。2.費力杠桿： L1L2, F1F2,費力、省距離，如釣魚竿、鑷子等。3.等臂杠桿： L1L2, F1F2,既不省力也不費力，又不多移動距離，如天平、定滑輪等。自行車上的杠桿省力杠桿控制前輪轉(zhuǎn)向的杠桿：自行車的車把，是省力杠桿，人們用很小的力就能轉(zhuǎn)動自行車前輪，來控制自行車的運動方向和自行車的平衡。剎車的杠桿：不管你騎的是高賽還是GIANT，三輪車還是兒童車，是合格能上路的就應(yīng)該有車閘。剎車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不算很復(fù)雜，閘柄剎車膠皮。在閘柄上通常有一組杠桿結(jié)構(gòu)，支點是閘柄圍繞旋轉(zhuǎn)的固定點，阻力點幾乎和支點重合，相比之下，由手控制的動力臂就長得多了。顯而易見，剎車的結(jié)構(gòu)是一個省力杠桿，不然怎么能在瞬間克服人車的慣性，停下來呢！至于“危剎”，是在剎車膠皮的上端又加了一組省力杠桿，人的力量被擴大了N倍，當然制動效果更好了?？傊?，是人們用很小的力使車閘以較大的壓力壓到車輪的鋼圈上，產(chǎn)生制動效果。順便說下：車把，是控制前輪轉(zhuǎn)向的省力杠桿，人們用很小的力就能轉(zhuǎn)動自行車前輪，來控制自行車的運動方向和平衡。車把上的閘把（堅持車閘把），是控制剎車閘的省力杠桿，人們用很小的力就能使車閘以較大的壓力壓到車輪的鋼圈上，使自行車減速乃至停止，屬于省力杠桿你可以不用去找支點來畫動阻力臂，不過你知道車剎一定是類似于杠桿的機械，既然是杠桿就一定杠桿的規(guī)律，由于剎車的時候車把上的剎車杠移動距離要比車輪附近的剎車皮移動距離大，根據(jù)功的原理，剎車杠和剎車皮做功近似一樣（摩擦根據(jù)經(jīng)驗應(yīng)該很小，注：這里的摩擦指傳動裝置的摩擦，而不是剎車皮與鋼圈之間的摩擦F2），所以F1S1W1W2F2S2，由于S1S2，所以F1F2，也就是省力。費力杠桿車子的減震杠桿：現(xiàn)在的山地車基本上都配備了減震，這個東西也可以理解為是一個杠桿。那個大彈簧是阻力端，人的重力差不多是在車座下的一點是動力端，支點不管是在車座前面還是后面，都是緊挨著動力點的。這樣子形成了一個費力杠桿，大部分振動被彈簧吸收，而保證人的屁屁不受皮肉之苦。車鈴扳手，費力杠桿，作用是撥動小錘敲響鈴聲。等臂杠桿腳蹬子的杠桿：指的是那個踩在腳底下的，別看這個東東很小，其實它是一個等臂杠桿。它被中間的軸平分成兩個部分，兩邊的距離一樣，這樣人的腳在腳蹬子不停旋轉(zhuǎn)的情況下仍能夠保持一個前后用力想當?shù)臓顟B(tài)，不用來回調(diào)整腳的姿勢。順便提一句，這個部分是自行車上最結(jié)實的了，每次你上下車滑行的時候，全身的體重都壓在上面，可想而知腳蹬子的結(jié)實程度了。壓強知識：(1)一般情況下，充足氣行車輪胎著地面約為S=210Cm5cm=100cm2，當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6.5104Pa (2)在車軸擰螺母處要加一個墊圈，來增大受力面積，以減小壓強 (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氣門芯：自行車上的“氣門芯”的主體是一小段上端中空，下端實心的柱體，在下端的側(cè)面開一個小孔與中空部分相聯(lián)通。下面套上一段有彈性的細緣膠管就構(gòu)成專門芯的總體。其實它就是一個單向閥門，當你給自行車胎打氣時，氣筒中的壓縮空氣由中空部分進入氣門芯，把有彈性的橡膠管“頂”起，空氣進入車胎；當不打氣時，彈性橡膠管收緊，蓋住側(cè)面的小孔，使空氣不能從車胎中回流。氣門身中間是貫通的，里面有一個圓臺而和氣門芯配合；它的上端有兩個對稱的凹槽，氣門芯的兩個凸筋裝在凹槽內(nèi)；它的外徑有螺紋，同時螺紋兩側(cè)有兩個套扳手用的平行的平面，它的下部帶有底盤，裝配時底盤留在內(nèi)胎里面，其余部分露在內(nèi)胎外面。六角螺母將內(nèi)胎夾緊在氣門身底盤和氣門墊圈之間，這樣內(nèi)胎里的氣體就不可能從氣門身和氣門墊圈之間漏出。氣門墊圈如盤狀，盤口壓在內(nèi)胎上，中間的孔不是圓形的，而是兩邊平行的，正好和氣門身的斷面形狀相同(氣門身兩邊被加工成平行平面)，這樣，氣門墊圈套在氣門身上就不可能轉(zhuǎn)動，起著防松作用。圓鎖母的主要作用是將氣門嘴緊固在車圈上。氣門皮管是乳膠制成的小圓管，它有很好的彈性。使用時，套在氣門芯外面，將氣門芯上的圓臺面和小氣眼包裹住。氣門芯的圓臺面和氣門身里面的圓臺面配合，中間隔著氣門皮管。當擰緊壓氣螺母將氣門芯壓緊時，氣門皮管被壓縮，所以兩圓臺面之間不可能漏氣。氣門芯的中間是氣道，但氣門芯的小頭端被封死，為了讓氣體進入內(nèi)胎，氣門芯的例而開有一個小氣眼。打氣筒向氣門芯輸送氣體時，氣體通過氣眼將包裹在氣門芯外面的氣門皮管漲大，從氣門皮管和氣門芯之間的縫隙內(nèi)進入氣門身和內(nèi)胎內(nèi)；當打氣簡停止輸送氣體時，氣門皮管的彈性和內(nèi)胎的氣壓立即使氣門皮管收縮，把氣門芯上的氣眼封住。為了防止灰塵或細砂粒進入氣門芯內(nèi)，氣門芯上還裝有塑料或金屬防塵帽。爆胎原因：很多人認為越細的車胎越容易爆。其實不然，越細的車胎胎壓越高，越高的胎壓越不容易爆胎。一是胎墊無法承受高壓，向內(nèi)變形太多甚至破裂，導(dǎo)致內(nèi)胎向內(nèi)爆裂。二是胎墊沒有墊好，發(fā)生了移動，導(dǎo)致車圈上的孔直接和內(nèi)胎接觸，高壓時爆裂。解決辦法 ：選擇能承受高壓的胎墊。如果胎墊窄，容易滑動，那么先用3M膠帶一類的東西把車圈內(nèi)側(cè)纏一遍，蓋住所有的孔。而且可以增加胎墊的摩擦力，減少發(fā)生滑動的可能。摩擦是相互接觸的物體在接觸面上發(fā)生阻礙相對運動的現(xiàn)象。阻礙相對運動的力叫摩擦力。摩擦可分為靜摩擦、滑動摩擦和滾動摩擦。摩擦的種類：靜摩擦力。靜摩擦力就是你用很小的力去推原本不動的物體，物體雖然沒有動，但它已經(jīng)和地面產(chǎn)生了摩擦，物體要克服最大的靜摩擦力，才能滑動。筷子能夾住菜，人能在地面走，靠的都是靜摩擦力。 滑動摩擦?；瑒幽Σ辆褪俏矬w沿另一物體表面滑動時產(chǎn)生的摩擦力。物體受到的滑動摩擦力的方向和它的運動方向相反，所以，才會產(chǎn)生摩擦。如果世界上沒有了滑動摩擦，那么人們推動非常重的東西，比在冰上推還快呢！ 滾動摩擦。滾動摩擦就是物體在另一物體上滾動時產(chǎn)生的摩擦。它比最大靜摩擦和滑動摩擦要小得多，在一般情況下，滾動摩擦只有滑動摩擦阻力的1/40到1/60。所以在地面滾動物體比推著物體滑動省力得多。 所以是滑動。車輪與摩擦力：推自行車，前進時，前后輪與地面的摩擦是（滾動）摩擦，然后輕捏左右兩個剎車把手，使推車前進稍感到有點費力，此時橡膠剎皮與前后輪鋼間存在相互擠壓作用，它們之間的摩擦是_（滑動摩擦）_；把自行車架起來，使后輪可以轉(zhuǎn)動，慢慢轉(zhuǎn)動腳踏，腳蹬的旋轉(zhuǎn)通過兩個大小不同的齒輪和鏈條傳到后輪，帶動后輪轉(zhuǎn)動，但此時后輪轉(zhuǎn)動的自行車并不會向前進。只有車輪與地面接觸，當人騎上自行車，用腳踏腳蹬時，車才能前進。此時，使車啟動的施力物體不是后輪，而是_（地面）。摩擦力產(chǎn)生的條件是兩個物體相互接觸并發(fā)生或要發(fā)生相對運動。自行車在剎車時輪子的接觸面和地面之間沒有相對運動，所以一直都是靜摩擦力，不是滑動摩擦;前輪摩擦力向后，是阻力后輪摩擦力向前，是動力就是所謂的牽引力。剎車裝置與摩擦力：制動裝置（剎車）在自行車中有著十分重要的作用。剎車不靈而導(dǎo)致的交通事故屢見不鮮，自行車是采用什么方法來制動的呢？自行車的剎車是利用摩擦力使自行車減速和停止前進。當我們使用剎車時，剎皮與車輪間的摩擦力，使車輪停止運動或速度減小，車輪與地面間的摩擦力由滾動摩擦變成滑動摩擦，強大的滑動摩擦力方向與自行車前進方向相反，使自行車迅速減速（或迅速停止運動）。外胎與摩擦力：自行車外胎上有凸凹不平的花紋，可以增大自行車與地面間的粗糙程度，來增大摩擦力，防止自行車打滑。急剎車時，滑動摩擦力對車輛外胎磨損十分大，若使輪子總處于滾動，而不滑動時，則可避免對車輪磨損。因此可設(shè)想在自行車上另設(shè)置一剎車備用（可金屬、橡膠），平時運動時，剎盤提起脫離地面，剎車時，將剎盤按下與地面接觸，使剎盤在地面滑動，產(chǎn)生滑動摩擦力，使車輛迅速減速直至停止，避免自行車外胎磨損。鋼珠與摩擦力：自行車應(yīng)當騎起來越輕松、越靈活才