畢業(yè)論文-范本】騎自行車(chē)的力學(xué)技巧

1、騎自行車(chē)的力學(xué)技巧分析及合理【摘要】依據(jù)自行車(chē)的行駛原理，從力學(xué)角度分析騎自行車(chē) 遇到的如何省力、剎車(chē)問(wèn)題，并對(duì)自行車(chē)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論 ?！娟P(guān)鍵詞】自行車(chē)；行駛方程；剎車(chē)自19世紀(jì)發(fā)明以來(lái)，自行車(chē)巳發(fā)展成為普通的交通工具。 在科技發(fā)達(dá)的今天，自行車(chē)以其良好的運(yùn)動(dòng)性和有利環(huán)保的特 點(diǎn)，仍受到人們的青睞。自行車(chē)在設(shè)計(jì)、使用中，富含力學(xué)知識(shí)， 合理應(yīng)用力學(xué)技巧，可在騎自行車(chē)時(shí)省力，提高安全性，現(xiàn)分析 如下。1自行車(chē)行駛原理自行車(chē)為后輪驅(qū)動(dòng)，騎車(chē)人腳蹬踏板在后輪上產(chǎn)生力矩 M。在M的作用下 產(chǎn)生一車(chē)輪對(duì)地面的圓周力 Fo,而地面對(duì)車(chē)輪的反作用力 Ft即為驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)t =M /R, R為車(chē)輪半徑，如圖1

2、示。車(chē)子在水平道路上等速前進(jìn)時(shí)，必須克服滾動(dòng)阻力F f和空氣阻力F 3,所以自行車(chē)的行駛方程為 Ft=Ff+F 3。它的驅(qū)動(dòng)條件是Ft Ff+F 3。同時(shí)，車(chē)要有效前進(jìn)還必須滿足附著條件 Ft F , F “ =G ”，書(shū)為附著系數(shù)。一般自行車(chē) 的設(shè)計(jì)都采用后輪驅(qū)動(dòng)，從行駛條件看是合理的。因?yàn)槿塑?chē)系統(tǒng)質(zhì)心的位置偏于 后側(cè)，則后輪承受較大的荷載能產(chǎn)生比較大的附著力，有利于滿足附著條件。2騎車(chē)省力技巧當(dāng)自行車(chē)在平坦的路面上沿直線勻速前進(jìn)時(shí)，根據(jù)行駛方程式Ft=Ff+F 3，驅(qū)動(dòng)力應(yīng)與行駛阻力相等，則騎車(chē)人蹬踏板的力F應(yīng)保持不變。但用前腳掌蹬車(chē)時(shí)感覺(jué)比用后腳跟蹬車(chē)費(fèi)力。這是什么原因呢？9 2原來(lái)，騎

3、車(chē)時(shí)上半身基本保持不變，只有腳和腿在周而復(fù)始地運(yùn)動(dòng)。如圖2(a),當(dāng)用前腳掌蹬踏板時(shí)，腳以踝關(guān)節(jié)為支點(diǎn)擺動(dòng)c設(shè)靜坐標(biāo)系固定在大鏈輪中心0處，動(dòng)坐標(biāo)系固定在踏板軸中心口處，則相對(duì)運(yùn)動(dòng)是腳的擺動(dòng)，牽連運(yùn)動(dòng)是踏板相對(duì)大鏈輪作圓周運(yùn)動(dòng)。此時(shí)小腿肌肉收縮做功，大腿僅以較小幅的動(dòng) 作上下隨動(dòng)。而用腳后跟蹬踏板時(shí)，力的作用線沿小腿過(guò)膝關(guān)節(jié)，如圖2 (b)所示。設(shè)坐標(biāo)系位置不變，牽連運(yùn)動(dòng)仍為圓周運(yùn)動(dòng)，但相對(duì)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榇笸壤@髓關(guān) 節(jié)擺動(dòng)。此時(shí)，大腿上肌肉群收縮做功，大腿運(yùn)動(dòng)幅度較大。固為肌肉產(chǎn)生的力 與肌肉的生理橫截面積成正比，栩比之下，大網(wǎng)肌肉的生理橫截面積遠(yuǎn)比小腿肌 肉大，所以產(chǎn)生的力也大。若用相同的力 F蹬

4、踏板，當(dāng)然用腳后跟臉車(chē)感覺(jué)就 輕松多了。當(dāng)騎車(chē)遇到止坡或頂鳳時(shí)因增加了上坡阻力和空氣阻力，這時(shí)用腳限蹬車(chē)同時(shí)壓低用力側(cè)上身，可產(chǎn)生較大的爆發(fā)驅(qū)動(dòng)力。麗路況較好或順鳳時(shí)，用 前腳常蹬車(chē)因大陰運(yùn)動(dòng)幅度小，腳以踝關(guān)節(jié)為支點(diǎn)擺動(dòng)，力臂短小，可提高轉(zhuǎn)速 而達(dá)到較高車(chē)速。3剎車(chē)技巧經(jīng)常騎車(chē)的人會(huì)遇到各種情況。當(dāng)需要緊急剎車(chē)時(shí)，如剎車(chē)前閘，身體會(huì)受 到猛烈的沖擊。若車(chē)速快或車(chē)予輕，自行車(chē)還可能猛甩一下，甚至發(fā)生打橫等危 險(xiǎn)情況。而剎后閘則比較平穩(wěn)，震動(dòng)不大，這也有其力學(xué)原理。如把人與車(chē)看成一個(gè)系統(tǒng)，分析剎車(chē)瞬間的受力情況，如圖3所示。A、B兩點(diǎn)分別受地面支反力N1、N2和摩擦阻力F1、F2的作用，系統(tǒng)質(zhì)心在

5、C點(diǎn),G為總重量，F(xiàn)1為剎車(chē)時(shí)系統(tǒng)受到的慣性力，則系統(tǒng)的平衡方程為:(SX = 0餐Y = 0= 0r Ft + F3 - Fj =0(1)即N2- G =0JVM + F* - Ga = 03.1剎前閘當(dāng)剎前閘時(shí)，假設(shè)前輪突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)麗產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)摩擦，后輪仍轉(zhuǎn)動(dòng)，補(bǔ)充方程為：鬥=JNt(2)| F2 JN2(3)式中J為摩擦系數(shù)詔I人拳數(shù)則(3)可變?yōu)楹?數(shù)夕的等式：Fi = N工聯(lián)立(1).(2)和(4),解方程可得：巧=j1l - Hl -#(1 - v)J (5)耳=(盤(pán)?)(6)剎前閘時(shí)，式(5)中分母有可能為零，從而F1趨于元窮大，所以騎車(chē)人可以感覺(jué)到猛烈的沖擊。若FiTX,必

6、a f hv 0,即F2N2(8)引入?yún)?shù)ft 0,1,則(7)可變?yōu)楹瑓?shù) 的等式：Fl = E聯(lián)立(1)X8 )和(9).可得：巧=1/( 口十 u(t 一 ?)|G4/ + 川1 一)F工二 UU/ + (1 - ?)J剎后閘時(shí)，F(xiàn)i、F2的分母不可能為零，則F1為一有限值，所以騎車(chē)感覺(jué) 比較平穩(wěn)。4我的話【參考文獻(xiàn)】1. 武警學(xué)院學(xué)報(bào)2. 理論力學(xué)1X3 4a56a9JJ1其實(shí)騎車(chē)的技巧很多，雜技演員所練的騎車(chē)功夫讓觀眾驚嘆 不已，那也是巧妙地利用了力學(xué)原理。所以，力學(xué)就在我們的日 常生活中，只要注意觀察和思考就有助于培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能 力。2001年六月第三期李俊峰主編 張雄，任革學(xué)，高云峰編著清華大學(xué)出版社2001器的饋05制V系統(tǒng)的內(nèi)嵌計(jì)與與EPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響|溫度校正的統(tǒng)的研制)調(diào)節(jié)器CP/p協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)圖統(tǒng)的采集與處理技術(shù)的研究H研研統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)單應(yīng)用研究?jī)x理研究勺應(yīng)用研究勒研制和應(yīng)用 系統(tǒng)的研于于于于硫基一基基基單基P二一三于0三一研究研制研度儀的研現(xiàn)控制面板的研制線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究片片機(jī)究究與實(shí)現(xiàn) 一，、一一究開(kāi)究究污染測(cè)量?jī)x的研制 實(shí)的研改造 N/U測(cè)技術(shù)研轉(zhuǎn)換器 的設(shè)計(jì)究巨及實(shí)現(xiàn)試儀的研制勺研究互聯(lián)的究究與實(shí)現(xiàn) 研究與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)闕實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用能絡(luò)水入式電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目論研報(bào)告