自行車中的物理知識(shí)

自行車涉及了許多物理知識(shí)，現(xiàn)歸納如下：聲的現(xiàn)象：自行車車鈴的把手經(jīng)過手的撥動(dòng)，帶動(dòng)了齒輪，齒輪使帶有彈簧錘的軸旋轉(zhuǎn)起來，彈簧錘敲打鈴蓋，車鈴就叮鈴響。撥動(dòng)自行車的車鈴能發(fā)聲，是因?yàn)檎駝?dòng)的物體能發(fā)聲，用手按住鈴蓋，鈴聲振動(dòng)停止。光的現(xiàn)象：自行車的尾燈的反射面由很多紅色的立方體直角組，可以把照在尾燈上的光向各個(gè)方向反射，使車后各個(gè)方向上的人均能看到紅色的光，以防止交通事故的發(fā)生。摩擦的現(xiàn)象：車的前軸、中軸、后軸上裝有滾動(dòng)軸承及潤滑油，車輪是圓形的，是為了減少摩擦。車外胎、把手塑料套和腳踏板上都刻有花紋，車的把手上有凹槽，是為了增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦。若車鈴不響，是因?yàn)檩S與齒輪之間的咬合部分太澀了，加幾滴油潤滑，減小摩擦。車把的塑料套緊套在車把套上，是為了增大與車把套的壓力來增大摩擦。剎車時(shí)，應(yīng)用力捏車閘，是為了增大壓力來增大摩擦。旋緊自行車各種緊固螺絲，是為了增大壓力來增大摩擦。自行車的前輪為從動(dòng)輪，摩擦力的方向向后，與運(yùn)動(dòng)的方向相反。后輪為主動(dòng)輪，摩擦力的方向向前，與車運(yùn)動(dòng)的方向相同。緊急剎車時(shí)，輪子與地面的摩擦屬于滑動(dòng)摩擦。壓強(qiáng)的現(xiàn)象：自行車的坐墊呈馬鞍型，它能夠增大坐墊與人體的接觸面積，以減小臀部的壓強(qiáng)。腳蹬板很寬，也是為了增大與腳的接觸面積，以減小腳部的壓強(qiáng)。用橡膠制成的車胎并且打足氣，是為了通過減輕壓力來減小對地面的壓強(qiáng)，同時(shí)通過彈力的作用可起緩沖作用。給車胎打氣時(shí)，越打越費(fèi)力，車胎越硬，是因?yàn)樵酱蚶锩娴臍怏w越多，里面的壓強(qiáng)越大。杠桿的現(xiàn)象：控制前輪轉(zhuǎn)向的杠桿一一車把：是省力杠桿，人們用很小的力就能轉(zhuǎn)動(dòng)自行車前輪來控制自行車運(yùn)動(dòng)方向和平衡?？刂苿x車閘的杠桿——車把上的閘把：是省力杠桿，人們用很小的力就能使車閘以比較大的壓力壓到車輪的鋼圈上。支持人重和貨重的杠桿一一三角杠、貨架、前叉、后三角杠：用以形成車重和承重。中軸上的腳蹬和花盤齒輪：組成省力輪軸，因?yàn)槟_蹬半徑大于花盤齒輪的半徑。自行車手把與前叉軸：組成省力輪軸，因?yàn)槭治瞻淹獾陌霃酱笥谇安孑S的半徑。自行車后軸上的齒輪和后輪：組成費(fèi)力輪軸，因?yàn)辇X輪的半徑小于后輪的半徑。電的現(xiàn)象：自行車前輪旁邊的照明燈能發(fā)光，因?yàn)閮?nèi)部有旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)，圓形磁體的軸與前輪摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流。電流通過小燈泡的燈絲而發(fā)光，把小燈泡放在凹面鏡的焦點(diǎn)處，起到會(huì)聚作用，增加燈的亮度。熱的問題：夏天，將自行車車胎中的氣打得足足的，若停在烈日下，車胎會(huì)爆裂。因?yàn)樵诹胰障拢囂?nèi)的氣溫升高，壓強(qiáng)增大，當(dāng)壓強(qiáng)增大到超過車胎所能承受的最大壓強(qiáng)時(shí)，車胎會(huì)爆裂。用打氣筒給自行車車胎打氣時(shí)，不一會(huì)兒氣筒壁就會(huì)熱起來，是因?yàn)榇驓馔驳幕钊麎嚎s氣體做功，氣體內(nèi)能增加，氣體內(nèi)能傳給筒壁，使筒壁溫度升高。同時(shí)打氣過程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功過程，也使筒壁內(nèi)能增加，溫度升高。慣性及能的知識(shí)：騎自行車行駛時(shí)，當(dāng)不用力蹬腳蹬板時(shí)，自行車還會(huì)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)是由于慣性的原因。另外，騎自行車飛躍障礙物時(shí)，落地時(shí)，應(yīng)先使后輪著地，防止因?yàn)榫哂袘T性而翻車。而當(dāng)騎自行車上坡時(shí)，都應(yīng)先加緊用力蹬幾下，目的是為了增大速度，以獲得更大的動(dòng)能，來轉(zhuǎn)化更多的重力勢能，升的更高一些。力的知識(shí)：自行車坐墊下的有許多彈簧，主要的通過緩沖作用減小震動(dòng)。自行車中的物理知識(shí)自行車外胎為什么要有凸凹不平的花紋摩擦力的大小跟兩個(gè)因素有關(guān)：壓力的大小、接觸面的粗糙程度。壓力越大，摩擦力越大；接觸面越粗糙，摩擦力越大。自行車外胎有凸凹不平的花紋，這是通過增大自行車與地面間的粗糙程度，來增大摩擦力的，其目的是為了防止自行車打滑。自行車為什么能前進(jìn)？當(dāng)我們騎在自行車上時(shí)，由于人和自行車對地面有壓力，輪胎和地面之間不光滑，因此自行車與路面之間有摩擦，不過，要問自行車為何能前進(jìn)？這還是依靠后輪與地面之間的摩擦而產(chǎn)生的，這個(gè)摩擦力的方向是向前的。那前輪的摩擦力是干什么的？阻礙車的運(yùn)動(dòng)！其方向與自行車前進(jìn)方向相反。正是這兩個(gè)力大小相等，方向相反，所以自行車作勻速運(yùn)動(dòng)。不過，當(dāng)人們在地上推自行車前進(jìn)時(shí)，前輪和后輪的摩擦力方向都向后。那誰和這兩個(gè)力平衡呢？腳對地面的摩擦力向前！剎車以后，自行車為何能停止？剎車時(shí)，剎皮與車圈間的摩擦力，會(huì)阻礙后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。手的壓力越大，剎皮對車圈的壓力就越大，產(chǎn)生的摩擦力也就越大，后輪就轉(zhuǎn)動(dòng)的越慢。如果完全剎死，這時(shí)后輪與地面之間的摩擦就變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力（原來為滾動(dòng)摩擦，方向向前），方向向后，阻礙了自行車的運(yùn)動(dòng)，因此就停下來了。自行車哪些地方安有鋼珠？為什么安鋼珠？在自行車的前軸、中軸、后軸、車把轉(zhuǎn)動(dòng)處，腳蹬轉(zhuǎn)動(dòng)處等地方，都安有鋼珠。人們騎自行車總是希望輕松、靈活、省力。而用滾動(dòng)代替滑動(dòng)就可以大大減小摩擦力，因此要在自行車轉(zhuǎn)動(dòng)的地方安裝鋼珠，我們可以經(jīng)常加潤滑油，使接觸面彼此離開，這樣就可以使摩擦力變得更小。2、 自行車上的杠桿、輪軸知識(shí)。自行車上的杠桿A、 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(dòng)自行車前輪，來控制自行車的運(yùn)動(dòng)方向和自行車的平衡。B、 控制剎車閘的杠桿：車把上的閘把是省力杠桿，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。自行車上的輪軸A、 中軸上的腳蹬和花盤齒輪：組成省力輪軸（腳蹬半徑大于花盤齒輪半徑）。B、 自行車手把與前叉軸：組成省力輪軸（手把轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑大于前叉軸的半徑）。C、 后軸上的齒輪和后輪：組成費(fèi)力輪軸（齒輪半徑小于后輪半徑）。3、 自行車上的氣壓知識(shí)。自行車內(nèi)胎充氣：早期的各種輪子都是木輪、鐵輪，顛簸不已?，F(xiàn)代自行車使用充氣內(nèi)胎主要是使胎內(nèi)的壓強(qiáng)增大，可以起到緩沖的作用，同時(shí)可以減小自行車前進(jìn)的阻力。氣門芯的作用：充氣內(nèi)胎上的氣門芯，起著單向閥門的作用，只讓氣體進(jìn)入，不讓氣體外漏，方便進(jìn)氣，保證充氣內(nèi)胎的密封。4、 自行車上光學(xué)知識(shí)。自行車上的紅色尾燈，不能自行發(fā)光，但是到了晚上卻可以提醒司機(jī)注意，因?yàn)樽孕熊嚨奈矡羰怯珊芏喾涓C狀的“小室”構(gòu)成的，而每一個(gè)“小室”是由三個(gè)約成90度的反射面組成的。這樣在晚上時(shí)，當(dāng)后面汽車的燈光射到自行車尾燈上，就會(huì)產(chǎn)生反射光，由于紅色醒目，就可以引起司機(jī)的注意。5、 自行車擋泥板安放的原因是離心力的原理。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，車輪上每一個(gè)點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生離心力，離輪心越遠(yuǎn)離心力越大。當(dāng)車輪與地面接觸的時(shí)候，受離心力的作用，會(huì)把從地面上沾的污水向車輪運(yùn)動(dòng)的相反方向甩出，這就是為什么在下雨天騎沒有擋泥板的自行車會(huì)把后背甩上污水，也就是自行車安放擋泥板的原因。6、 變速自行車靠的就是改變動(dòng)力臂與阻力臂的比值來改變自行車的用力程度。輪胎越大，阻力越大；輪胎的角速度與軸上的角速度相同；輪胎內(nèi)充滿氣體，一是減少與地面的接觸面積，減小滾動(dòng)摩擦力；二是可以起到減振作用。車把是一個(gè)等比杠桿，即車把轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與前輪的角度相同。輻條：一是為了減輕車輪的重量，二是便與調(diào)整偏圈。7、五、自行車上的力學(xué)知識(shí)自行車在我國是很普及的代步和運(yùn)載工具。在它的“身上”運(yùn)用了許多力學(xué)知識(shí)。測量中的應(yīng)用在測量跑道的長度時(shí)，可運(yùn)用自行車。如普通車輪的直徑為0.71米或0.66米。那么轉(zhuǎn)過一圈長度為直徑乘圓周率丸，即約2.23米或2.07米，然后，讓車沿著跑道滾動(dòng)，記下滾過的圈數(shù)n，則跑道長為nX2.23米或nX2.07米。力和運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用減小與增大摩擦。車的前軸、中軸及后軸均采用滾動(dòng)以減小摩擦。為更進(jìn)一步減小摩擦，人們常在這些部位加潤滑劑。多處刻有凹凸不平的花紋以增大摩擦。如車的外胎，車把手塑料套，蹬板套、閘把套等。變滾動(dòng)摩擦為滑動(dòng)摩擦以增大摩擦。如在剎車時(shí)，車輪不再滾動(dòng)，而在地面上滑動(dòng)，摩擦大大增加了，故車可迅速停駛。而在剎車的同時(shí)，手用力握緊車閘把，增大剎車皮對鋼圈的壓力以達(dá)到制止車輪滾動(dòng)的目的。彈簧的減震作用。車的座墊下安有許多根彈簧，利用它的緩沖作用以減小震動(dòng)。壓強(qiáng)知識(shí)的應(yīng)用自行車車胎上刻有載重量。如車載過重，則車胎受到壓強(qiáng)太大而被壓破。座墊呈馬鞍型，它能夠增大座墊與人體的接觸面積以減小臀部所受壓強(qiáng)，使人騎車不易感到疲勞。簡單機(jī)械知識(shí)的應(yīng)用自行車制動(dòng)系統(tǒng)中的車閘把與連桿是一個(gè)省力杠桿，可增大對剎車皮的拉力。自行車為了省力或省距離，還使用了輪軸：腳蹬板與鏈輪牙盤；后輪與飛輪及龍頭與轉(zhuǎn)軸等。功、機(jī)械能的知識(shí)運(yùn)用根據(jù)功的原理：省力必定費(fèi)距離。因此人們在上坡時(shí)，常騎“、形”路線就是這個(gè)道理。動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化。如騎車上坡前，人們往往要加緊蹬幾下，就容易上去些，這里是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能。而騎車下坡，不用蹬，車速也越來越快，此為勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。慣性定律的運(yùn)用快速行駛的自行車，如果突然把前輪剎住，后輪為什么會(huì)跳起來。這是因?yàn)榍拜喪艿阶枇Χ蝗煌Ｖ惯\(yùn)動(dòng)，但車上的人和后輪沒有受到阻力，根據(jù)慣性定律，人和后輪要保持繼續(xù)向前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以后輪會(huì)跳起來。切記下坡或高速行駛時(shí)，不能單獨(dú)用自行車的前閘剎車，否則會(huì)出現(xiàn)翻車事故！假如把我國比作一個(gè)自行車的王國，那么，青少年學(xué)生就是這王國中最忠實(shí)的臣民。無論是晴空萬里，還是風(fēng)雨交加，我們騎著這心愛的坐騎，奔馳在上學(xué)和放學(xué)的路上。作為我們出行的好伙伴，我們喜歡它，愛護(hù)它。自行車也很神奇，從它的構(gòu)造和使用過程中，可以發(fā)現(xiàn)許多與物理有關(guān)的知識(shí)，不信請看。1、 穩(wěn)定性的知識(shí)自行車之所以在行駛過程中不會(huì)傾倒，主要得益于物理學(xué)原理的應(yīng)用。大家知道，凡是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向會(huì)保持不變，物體便不會(huì)傾倒，這同旋轉(zhuǎn)的陀螺不會(huì)傾倒是一個(gè)道理。我們騎自行車是在前進(jìn)的方向上給自行車一個(gè)力，使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來，車輪就能保持在一種平衡狀態(tài)，在利用車把轉(zhuǎn)動(dòng)加以調(diào)節(jié)，自行車就可以往前行進(jìn)了，一旦停下來，這種平衡沒了，自行車就會(huì)傾倒。2、 摩擦力知識(shí)啟動(dòng)、行駛過程中的摩擦力當(dāng)自行車啟動(dòng)或行駛時(shí)，在鏈條驅(qū)動(dòng)下，后輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，輪胎與地面接觸處相對于地面有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢，故地面對后輪施加向前的摩擦力，該摩擦力是自行車向前運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。在此力的作用下，自行車整體具有向前運(yùn)動(dòng)的趨勢，自行車的前輪胎于地面接觸處具有向前運(yùn)動(dòng)的趨勢，則地面對前輪產(chǎn)生向后的摩擦力，在該摩擦力的作用下，前輪便沿著后輪相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，自行車向前運(yùn)動(dòng)，因此，人們也將后輪稱為主動(dòng)輪，前輪稱為從動(dòng)輪。當(dāng)下雨或下雪天，地面摩擦力變小，自行車很容易摔倒，即平常說的打滑，其道理就在于此。自行車上輪胎上凹凸不平的花紋，就是為了增大摩擦力。剎車過程中的摩擦力摩擦力不僅關(guān)系到自行車的啟動(dòng)，對自行車的制動(dòng)也非常關(guān)鍵。如果剎車性能不好，騎車人的安全就得不到保障。人捏剎車柄，使剎車線帶動(dòng)剎車塊與輪胎靠緊，產(chǎn)生摩擦力，使自行車減速，最終停下來。摩擦力的大小取決于壓力的大小和接觸面的粗糙程度。以恒定的速度駕駛同一自行車、剎車力越大，摩擦力越大，自行車制動(dòng)的越快；說明壓力越大，產(chǎn)生的摩擦力越大。新、舊兩輛自行車，在相同的速度下，用近似相同的力捏剎車柄，新車制動(dòng)快，原因是舊車的剎車塊和車胎磨得比較光滑，產(chǎn)生的摩擦力很小。另外在自行車的手把、腳踏板、等處，做有凹凸不平的花紋這也是通過增加接觸面的粗糙程度來增大摩擦。3、 減震系統(tǒng)自行車裝有減震器。自行車共有5個(gè)地方進(jìn)行了減震處理：三腳架、鞍座、車頭和前后輪胎，其中三腳架、鞍座、車頭運(yùn)用彈簧減震，車身則靠輪胎減震。自行車震動(dòng)時(shí)，整個(gè)車身具有了形變性，使人落下時(shí)與車身接觸的時(shí)間增長，受力變小，提高了舒適性。好比人從高處跳到水泥地上，腳會(huì)感到疼，如果在地面上鋪上軟墊，人再往下跳，即使是相同高度，感覺也不會(huì)那樣劇烈。通過減震不僅使騎車人感到舒適，也減少了自行車的磨損。4、 壓強(qiáng)知識(shí)(1)自行車車胎上刻有載重量。如車載過重，則車胎受到壓強(qiáng)太大而被壓破。(2)坐墊呈馬鞍型，它能夠增大坐墊與人體的接觸面積以減小臀部所受壓強(qiáng)，使人騎車不易感到疲勞。在夏天車輪氣打足，則輪胎在強(qiáng)烈的陽光照射下，往往會(huì)爆胎，這是因?yàn)檩喬ブ袣怏w在陽光照射下，吸收熱量，溫度升高，受熱膨脹，壓強(qiáng)增大，故車胎易爆。氣門芯的作用：充氣內(nèi)胎上的氣門芯，起著單向閥門的作用，只讓氣體進(jìn)入，不讓氣體外漏，方便進(jìn)氣，保證充氣內(nèi)胎的密封。5、 簡單機(jī)械的知識(shí)杠桿知識(shí)A、 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(dòng)自行車前輪，來控制自行車的運(yùn)動(dòng)方向和自行車的平衡。B、 控制剎車閘的杠桿：車把上的閘把是省力杠桿，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。輪軸知識(shí)A、 中軸上的腳蹬和花盤齒輪：組成省力輪軸(腳蹬半徑大于花盤齒輪半徑)。B、 自行車手把與前叉軸：組成省力輪軸(手把轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑大于前叉軸的半徑)。C、 后軸上的齒輪和后輪：組成費(fèi)力輪軸(齒輪半徑小于后輪半徑)。6、 功、機(jī)械能的知識(shí)運(yùn)用根據(jù)功的原理：省力必定費(fèi)距離。因此人們在上坡時(shí)，常騎“、形”路線就是這個(gè)道理。動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化。如騎車上坡前，人們往往要加緊蹬幾下，就容易上去些，這里是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能。而騎車下坡，不用蹬，車速也越來越快，此為勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。7、 慣性定律的運(yùn)用快速行駛的自行車，如果突然把前輪剎住，后輪為什么會(huì)跳起來。這是因?yàn)榍拜喪艿阶枇Χ蝗煌Ｖ惯\(yùn)動(dòng)，但車上的人和后輪沒有受到阻力，根據(jù)慣性定律，人和后輪要保持繼續(xù)向前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以后輪會(huì)跳起來。切記下坡或高速行駛時(shí)，不能單獨(dú)用自行車的前閘剎車，否則會(huì)出現(xiàn)翻車事故！8、 光學(xué)知識(shí)自行車上的紅色尾燈，不能自行發(fā)光，但是到了晚上卻可以提醒汽車司機(jī)注意。因?yàn)樽孕熊嚨奈矡羰怯珊芏喾涓C狀的“小室”構(gòu)成的，而每一個(gè)“小室”是由三個(gè)約成90度的反射面組成的。這樣在晚上時(shí)，當(dāng)后面汽車的燈光射到自行車尾燈上，就會(huì)產(chǎn)生反射光，由于紅色醒目，就可以引起司機(jī)的注意。人面對車鈴，會(huì)看到自己的像，這是因?yàn)檐団徤w形狀相當(dāng)于一個(gè)凸面鏡，人看到的是因反射而成的正立縮小的虛像。一、力學(xué)知識(shí)摩擦方面自行車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些花紋，并且使用摩擦大的材料，增大摩擦力。車軸處經(jīng)常上一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度，來減小摩擦力。所有車軸處均有滾珠，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，來減小摩擦。剎車時(shí)，用力捏緊車閘，以增大剎車塊與車圈之間的壓力，從而增大摩擦力。緊蹬自行車前進(jìn)時(shí)，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進(jìn)的動(dòng)力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進(jìn)的阻力；自行車靠慣性前進(jìn)時(shí)，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個(gè)力均是自行車前進(jìn)的阻力。簡單機(jī)械自行車剎車手閘是一個(gè)省力杠桿，車后坐的載物夾也是杠桿。腳踏和中軸大齒輪組成一個(gè)省力輪軸，后輪上小齒輪和后輪組成一個(gè)費(fèi)力輪軸。車把和前叉也構(gòu)成省力輪軸。自行車上坡走S形路線，相當(dāng)于增加了斜面的長，可以省力，使上坡更容易。運(yùn)動(dòng)方面自行車的速度約為(3-5)m/s。以樹木為參照物，自行車是運(yùn)動(dòng)的；以樹木為參照物，自行車是向后退的。壓強(qiáng)方面一般情況下，充足氣的自行車前、后輪胎著地總面積大約為S=100cm2，當(dāng)一普通的成年人騎自行車前進(jìn)時(shí)，自行車對地面的壓力大約為F=(600N+250N)=850N，可以計(jì)算出自行車對地面的壓強(qiáng)約為8.5X104Pa。自行車的車座較寬大，可以增大人與車座的接觸面積，減小對人的壓強(qiáng)，人騎座時(shí)感到舒服。在車軸擰螺母處要加一個(gè)墊圈，來增大受力面積，以減小壓強(qiáng)。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(qiáng)。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(shí)，氣體的質(zhì)量越大，壓強(qiáng)越大。慣性方面當(dāng)人騎自行車前進(jìn)時(shí)，停止蹬自行車后，自行車仍然