自行車的運動原理(共3頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 自行車的運動原理自行車是我們生活中常用的交通工具,它的運動是靠什么來維持的呢?它為什么在運動過程中不倒呢？在實際的運動過程中,驅(qū)動輪和非驅(qū)動輪與地面的摩擦力有什么不同呢?如何運用理論力學對其進行分析呢？自行車是傳動式機械，它的傳動裝置包括主動齒輪、被動齒輪、鏈條及變速器等。齒輪比與傳動比關系著自行車的使用效率。后輪運轉(zhuǎn)實質(zhì)在于：在鏈條傳動下的飛輪帶動后輪轉(zhuǎn)動，飛輪與后輪具有相同的角速度，而后輪半徑遠大于齒輪半徑，由線速度增大，提高了車速。自行車的踏腳用到了杠桿原理。以飛輪的輪軸為支點，用較長的鐵桿來轉(zhuǎn)動鏈條上的飛輪，可以省力。踏腳飛輪上用到了齒輪，以防止鏈條打滑。自

2、行車上的鏈條與車子的后輪之間也采用了齒輪傳動。并且應用了比踏腳飛輪更小的齒輪，可以節(jié)省踏腳所用的力，同時，還提高了自行車后車輪運轉(zhuǎn)時的速度。自行車的剎車系統(tǒng)也用到了杠桿原理。以車把上的剎車柄的轉(zhuǎn)折關節(jié)為支點，起到了省力的作用。自行車只有2個輪子，卻為什么可以保持平衡呢？甚至，高手在騎車的時候，可以雙手離開車把，任由車子向前走而不擔心摔倒。這是陀螺效應的作用。所謂陀螺效應，就是旋轉(zhuǎn)著的物體具有像陀螺一樣的效應。陀螺有兩個特點進動性和等軸性。當高速旋轉(zhuǎn)的陀螺遇到外力時，它的軸的方向是不會隨著外力的方向發(fā)生改變的，而是圍繞著一個定點進動。大家如果玩過陀螺就會知道，陀螺在地上旋轉(zhuǎn)時它的軸會不斷地扭動，

3、這就是進動。簡單來說，陀螺效應就是旋轉(zhuǎn)的物體有保持其旋轉(zhuǎn)方向（旋轉(zhuǎn)軸的方向）的慣性 。陀螺只有一個旋轉(zhuǎn)方向，已經(jīng)很穩(wěn)定了。而自行車有2個輪子，顯然自行車輪子在高速旋轉(zhuǎn)的時候，會使自行車更穩(wěn)定。因此，騎車人撒開車把也不會倒下。但遺憾的是，這并非一個合理的解釋。陀螺效應在保持自行車穩(wěn)定中也許起到不可忽略的效果，但是，如果自行車單單憑借陀螺效應保持穩(wěn)定，那么，初學者也應該在高速騎車時不會倒下。但是，2個陀螺似乎并不足以支撐騎車人重達幾十公斤的身體的傾斜。剛學習騎車往往會摔得很慘。從另一個方面看，騎獨輪車的雜技演員由于車速很低，甚至車輪完全停止轉(zhuǎn)動，則基本無法依靠陀螺效應保持平衡。但是高速騎車時，會感

4、覺車子比剛剛起步的時候穩(wěn)定，這又是為什么呢？ 自行車本身的平衡機制，來自于前叉后傾。我們可以觀察到，幾乎每輛自行車的車把軸，都不是與地面完全垂直，而是后傾的。由于前輪是固定在車把的前叉上，因此又叫前叉后傾。前叉后傾，使車輛轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的離心力其所形成的力矩方向，與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，迫使車輪偏轉(zhuǎn)后自動恢復到原來的中間位置上。這樣，車子就有了自動回正的穩(wěn)定性。車速越快，所造成的恢復力矩越大，騎車人就越感到穩(wěn)定。這就是高速騎車時，會感覺車子比剛剛起步的時候穩(wěn)定的原因。 一般而言，車子前叉越后傾，車子越穩(wěn)定，但轉(zhuǎn)動車把越費勁；而后傾角度小，轉(zhuǎn)把較容易，但車子的穩(wěn)定性不夠。但如果自行車完全沒有前叉后傾，那

5、么，騎自行車會是一件很痛苦的事情。自行車其實是相當復雜的力學體系，而汽車的前輪定位更加復雜。有主銷內(nèi)傾、主銷后傾、前輪外傾和前輪前束，這保證開車的時候車子盡可能穩(wěn)定，但又減少輪胎的磨損。自行車在實際的運動過程中,前后都受到了摩擦力,(設后輪是驅(qū)動輪,前輪是非驅(qū)動輪.).設后輪給地面的水平方向的力為F,且它受地面所給的摩擦力為f1,前輪所受地面的摩擦力為f2.那么在實際的運動中f1是阻力還是動力呢?如果把自行車吊起來,使它的前后輪懸在空中,然后趨動它,結果自行車沒有動,發(fā)現(xiàn)這是由于后輪與地面沒有了摩擦力.這個實驗說明:趨動輪所受的摩擦力是動力。在一個長木板的一面安裝了四個靈活的軸承,使木板在光滑

6、地板上,由于軸承的作用,只需很小的力,木板就能運動.然后把自行車的后輪放在木板的另一面上。然后我們?nèi)ヲT自行車。發(fā)現(xiàn)一開始,自行車并不運動,而木板卻向另一邊滑開。這說明木板與車的后輪之間有一個摩擦力,這個摩擦力就是f1,它的方向是與木板的運動方向相反,也與自行車后輪的轉(zhuǎn)動方向相反,是向前的。過了一會兒,自行車的后輪落到了地上,我們繼續(xù)騎動,自行車開始向前運動。這個實驗同樣也說明了:自行車的趨動所受的摩擦力是動力。力的方向與車輪作用在地面水平方向的力F的方向相反,與自行車的實際運動方向相同,是水平向前的.那么在實際運動過程中前輪(非驅(qū)動輪)所受的摩擦力又是一個什么樣的力呢?針對這個問題我們又作了一個實驗.我們把車的前后輪懸在空中,然后趨動自行車,同時用手去貼住后輪,感受它給我們手的摩擦力,我們體會到了上面我們得出的結論,同時感受到后輪的摩擦力f1是因為后輪的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的而前輪這時是靜止的,我們用手貼它然后手向后運動,發(fā)現(xiàn)車輪跟著運動,這說明前輪的運動是由于前輪受到了一個摩擦力,也就是說前輪在實際運動中是由于受摩擦力而運動的.在實際的運動中,由牛頓第一定律可知,前輪有保持運動狀態(tài)不變的性質(zhì),如果自行車做的是加速運動,那么自行車的前輪就會產(chǎn)生一個與車輪的實際運動方向相反從左經(jīng)下向右的運動趨勢,這時就會產(chǎn)生一個與這個運動趨勢相反,