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自行车中的物理知识!

2021-03-01 08:44:33 来源: 阅读:-
自行车中的物理知识

自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具,常见的有普通载重自行车、轻便自行车、山地自行车、童车、赛车、电动自行车等.它结构简单,方便实用。今天,就让我们来研究一下自行车中所蕴含的物理知识。

自行车中的物理知识

这是一种普通的自行车,在其中涉及到很多物理知识,包括杠杆、轮轴、摩擦、压强、能量的转化等力学、热学及光学知识,下面具体来分析一下.

一、力学知识

1.摩擦方面

自行车中的物理知识

(1)自行车车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹,增大接触面粗糙程度.增大摩擦力.

(2)车轴处经常上一些润滑油,以减小接触面粗糙程度,来减小摩擦力.

(3)所有车轴处均有滚珠,变滑动摩擦为滚动摩擦,来减小摩擦,转动方便.

自行车中的物理知识

滚珠

(4)刹车时,需要纂紧刹车把,以增大刹车块与车圈之间的压力,从而增大摩擦力,

(5)紧蹬自行车前进时,后轮受到的摩擦力方向向前,是自行车前进的动力,前轮受到的摩擦力方向向后,是自行车前进的阻力;自行车靠惯性前进时,前后轮受到的摩擦力方向均向后,这两个力均是自行车前进的阻力.

2.压强方面

(1)一般情况下,充足气的自行车轮胎着地面积大约为S=2×10cm×5cm=100cm2,当一普通的成年人骑自行车前进时,自行车对地面的压力大约为F=(500N+150N)=650N,可以计算出自行车对地面的压强约为6.5×106Pa

(2)在车轴拧螺母处要加一个垫圈,来增大受力面积,以减小压强.

(3)自行车的脚踏板做得扁而平,来增大受力面积,以减小它对脚的压强,

(4)自行车的内胎要充够足量的气体,在气体的体积、温度一定时,气体的质量越大,压强越大.

(5)自行车的车座做得扁而平(如图),来增大受力面积,以减小它对身体的压强.

3.轮轴方面

(1)自行车的车把相当于一个轮轴,车把相当于轮,前轴为轴,是一个省力杠杆,如图示.

(2)自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮轴,实质也为一个省力杠杆.

4.杠杆方面

自行车的刹车把相当于一个省力杠杆.

5.惯性方面

(1)当人骑自行车前进时,停止蹬自行车后,自行车仍然向前走,是由于它有惯性.

(2)当人骑自行车前进时,若遇到紧急情况,一般情况下要先捏紧后刹车,然后再捏紧前刹车,或者前后一起捏紧,这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去.

6.能量转化方面

(1)当人骑自行车下坡时,速度越来越快,是由于下坡时人和自行车的重力势能转化为人和自行车的动能.

(2)当人骑自行车上坡之前要紧蹬几下,目的是增大速度,来增大人和自行车的动能,这样上坡时动能转化为重力势能,能上得更高一些.

二、声学方面

自行车中的物理知识

(1)自行车的金属车钤发声是由于铃盖在不停的振动,而汽笛发声是由于汽笛内的气体不的振动而引起的.

1.测量中的运用

在测量跑到的长度时,可运用自行车。如普通车轮的直径是0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率,即约2.33米或2.07米,然后,让车沿这跑道滚动,记下滚动的圈数n则跑道长为2.33n米或2.07n米。

2.力和运动的运用

(1) 减小与增大摩擦。车的前轴,中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦,人们常在这些部位加润滑剂。多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎,车的把手的塑料套,蹬板套,闸把套等。变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。如在刹车时,车轮不再滚动,而在地面上滑动,摩擦大大增加了,故车可以迅速停驶。而在刹车的同时,手用力握紧闸把,增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。

(2) 弹簧的减振作用。车的坐垫下安有许多根弹簧,利用它的缓冲作用以减小振动

3.压强知识的运用

(1)自行车车胎上刻有载重量。如车载重过量,则车胎受到压强太大而被压破。

(2)坐垫呈马鞍形,它能够增大坐垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强,使人骑车不易感到疲劳。

4.简单机械知识的运用

自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆,可增大对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离,还使用了轮轴::脚踏板与链轮牙盘;后轮与飞轮及龙头与转轴等。

5.功和机械能的知识的运用

(1) 根据功的原理:省力必定费距离。因此人们在上坡时,常骑“s”形路线就是这个道理

(2) 动能和重力势能的互相转化。如汽车上坡前,人们要加紧蹬几下,就容易上去些,这里是动能转化为势能。而骑车下坡,不用蹬,车速也越来越快,此为势能转化为动能。

(3) 整体上自行车是费力机械,一般为省距离才骑自行车。顶风骑车比顶风行走艰难,就是因为骑车费的力被“放大”了

6.惯性定律的运用

  快速行驶的自行车,如果突然把前轮刹住,后轮会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动,但车上的人和后轮没有受到阻力,根据惯性定律,人和后轮要保持继续向前的运动状态。所以切记下坡或高速行驶时,不能单独用自行车的前闸刹车,否则会出现翻车事自行车后轮驱动,后轮相对于地面其实是静摩擦(和人走路一样)虽然自行车相对运动看起来是向前,但是轮子其实相对于地面是有向后的运动趋势,所以此时摩擦力和相对运动方向相反,也就是摩擦力向前。 { 自行车后轮驱动,后轮相对于地面其实是静摩擦(和人走路一样)虽然自行车相对运动看起来是向前,但是轮子其实相对于地面是有向后的运动趋势,所以此时摩擦力和相对运动方向相反,也就是摩擦力向前。

前轮就不一样了,因为此时是地面的摩擦力使前轮运动(这里和后轮是完全两种情况,很多人容易混为一谈),首先,想象一个画面,静止在一个粗糙水平面上的轮子,你要使它向前运动,且不接触它,你只能向后拖动水平面,因此摩擦力只能向后。}
故。 普通自行车只有两个齿轮!不同的车齿轮数是不一样的,越高级越多齿盘,脚蹬的这个我们叫它大齿盘,后面那个叫飞轮,
飞轮固定在后轮上,飞轮转一圈,后轮转一圈,
我们蹬脚踏,脚踏带动曲柄,曲柄转动大齿盘,大齿盘靠链条传动到飞轮,车轮转动!
脚蹬一圈自行车走多远,取决于齿盘和飞轮的齿数比,齿数比越大车轮转的越远,齿数比越小车轮转的越省力
1.总的来讲:自行车能前进的根本原因是摩擦力的作用。
轮胎与地面摩擦,地面给轮胎一个反作用力,推动车子前进。

2.人通过蹬踏,把腿部的力量传递到脚踏,脚踏牙盘(你所说的前齿轮)获得扭矩再利用链传动(链条),传递到飞轮(后齿轮),飞轮与塔基及车轴的安装配合,传递为对车条的扭矩拉力,从而带动车圈转动,最后通过车胎与地面的摩擦获得反作用力,前进。

3.牙盘与飞轮(前、后齿轮)具有不同的齿数,通过调整配合获得不同的齿数比,也就改变了传动比,从而获得你所需要的不同动力输出。比如你在上坡时希望省力,你就会通过变速,把前后齿轮比小,比如前面用最小齿轮而后面用最大齿轮,这样你就能轻松爬上一般的坡度了;而希望在平地快速骑行时是用前面的大齿轮带动小齿轮。
其实从能量守恒上讲,你从一个地方到达另一个地方路径相同的情况下总功是不变的~~但可以通过这样改变速度而改变做功的时间。

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