自行車中的物理.ppt

1、自行車中的物理,自行車為什么不倒？,當(dāng)自行車靜止的時候，角動量為零，這時一旦受到外力矩，就直接倒下了，其運(yùn)動方程由重力矩和繞車輪底部定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動慣量決定。,自行車為什么不會倒？,當(dāng)自行車運(yùn)動起來之后就可以保持平衡 這又是為什么呢？,自行車為什么不會倒？,原因一：陀螺原理 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(dān)心摔倒（但要擔(dān)心前面呼嘯而來的汽車）。 物理學(xué)家拿出一個陀螺，放在地上轉(zhuǎn)一下，并開始用鞭子使勁抽打它，隨著陀螺越轉(zhuǎn)越快，陀螺也像不倒翁一樣，雖然只有一個尖著地，卻左右搖擺而不肯倒下。這就是陀螺效應(yīng)：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

2、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。,自行車為什么不會倒？,陀螺效應(yīng)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(yīng)保持穩(wěn)定，那么，初學(xué)者也應(yīng)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(dá)幾十公斤的身體的傾斜。剛學(xué)習(xí)騎車往往會摔得很慘。從另一個方面看，騎獨(dú)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(yīng)保持平衡。所以，自行車不到與人自身建立的條件反射也有很大關(guān)系。,自行車為什么不會倒？,高速騎車時，會感覺車子比剛剛起步的時候穩(wěn)定，這又是為什么呢？,自

3、行車為什么不會倒？,自行車本身的平衡機(jī)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。,自行車為什么不會倒？,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(fù)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(fù)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 。,自行車為什么不會倒？,原因二：重心,人和自行車的重心在一條直線上,自行車不管往哪個方向歪,只要人和自行車重心保持一致,自行車就不會歪倒。 運(yùn)動中如果有一些小震動，人可以通過調(diào)整姿勢來實(shí)現(xiàn)新的平衡。在高速轉(zhuǎn)彎的時候，人和車都是傾斜。,自行車為什么不會倒？,既然兩個輪子的自行車需要練習(xí)才能保持平衡，那為什么不騎三輪車呢？ 三輪車不是更容易平衡嗎？,自行車為什么不會倒？,在進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時，可以藉由人與車體的傾斜產(chǎn)生反方向的力矩來減小有摩擦力所產(chǎn)生向外翻到的力矩，自然比較穩(wěn)定。,自行車為什么不會倒？,或是從輪子的接觸點(diǎn)來看，當(dāng)身體與車體傾斜的方向正好在摩擦力與正向力合力的同一方向時，則沒有力矩 但是三輪車無法如此偏轉(zhuǎn)，高速時反而不穩(wěn)定,自行車為什么不會倒?,如小孩子的三輪車般，最早的自行車腳踏板是在