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1、自行车中的物理学自行车中的物理学自行车是我们日常生活中极其常见的一种交自行车是我们日常生活中极其常见的一种交通工具。它的出现距今已有百余年的历史。通工具。它的出现距今已有百余年的历史。最早的自行车是由法国人西夫拉克发明的，最早的自行车是由法国人西夫拉克发明的，它没有传动系统，靠两脚蹬地向前滑行，最它没有传动系统，靠两脚蹬地向前滑行，最快只能达到时速快只能达到时速2020公里。后来苏格兰人皮埃公里。后来苏格兰人皮埃尔发明了前轮带脚蹬的自行车。第一辆现代尔发明了前轮带脚蹬的自行车。第一辆现代意义的自行车出现在意义的自行车出现在1919世纪末的英国，后由世纪末的英国，后由传教士带入中国。据统计目前中
2、国有大约五传教士带入中国。据统计目前中国有大约五亿辆自行车。亿辆自行车。自行车运动力学自行车运动力学 自行车运动是一种半机械化运动。人们自行车运动是一种半机械化运动。人们应掌握一定的机械原理和力学知识，有应掌握一定的机械原理和力学知识，有效地利用传动速比，合理掌握运动强度效地利用传动速比，合理掌握运动强度，巧妙节省体能消耗，从而以充沛的体，巧妙节省体能消耗，从而以充沛的体力，达到高效的运动力，达到高效的运动 其运动动力来自摩擦其运动动力来自摩擦自行车传动自行车传动自行车是传动式机械，它的传动装置包括自行车是传动式机械，它的传动装置包括主动齿轮、被动齿轮、链条及变速器等。主动齿轮、被动齿轮、链条
3、及变速器等。齿轮比与传动比关系着自行车的使用效率。齿轮比与传动比关系着自行车的使用效率。后轮运转实质在于：在链条传动下的飞轮后轮运转实质在于：在链条传动下的飞轮带动后轮转动，飞轮与后轮具有相同的角带动后轮转动，飞轮与后轮具有相同的角速度，而后轮半径远大于齿轮半径，由线速度，而后轮半径远大于齿轮半径，由线速度增大，提高了车速。速度增大，提高了车速。自行车的踏脚用到了杠杆原理自行车的踏脚用到了杠杆原理 以飞轮的轮轴为支点，用较长的铁杆来转动以飞轮的轮轴为支点，用较长的铁杆来转动链条上的飞轮，可以省力。踏脚飞轮上用到链条上的飞轮，可以省力。踏脚飞轮上用到了齿轮，以防止链条打滑。了齿轮，以防止链条打滑
4、。自行车上的链条与车子的后轮之间也采用了自行车上的链条与车子的后轮之间也采用了齿轮传动。并且应用了比踏脚飞轮更小的齿齿轮传动。并且应用了比踏脚飞轮更小的齿轮，可以节省踏脚所用的力，同时，还提高轮，可以节省踏脚所用的力，同时，还提高了自行车后车轮运转时的速度。自行车的刹了自行车后车轮运转时的速度。自行车的刹车系统也用到了杠杆原理。以车把上的刹车车系统也用到了杠杆原理。以车把上的刹车柄的转折关节为支点，起到了省力的作用。柄的转折关节为支点，起到了省力的作用。想停住自行车，一个人拉都有点困难，但这想停住自行车，一个人拉都有点困难，但这么一捏，马上能停住。简单的机械在生活中么一捏，马上能停住。简单的机
5、械在生活中起到的作用真是不可思议啊！起到的作用真是不可思议啊！前触闸：前触闸是靠杠杆原理制动的。当手握紧闸把时，闸前触闸：前触闸是靠杠杆原理制动的。当手握紧闸把时，闸把的另一头将接头、拉杆、拉管向下压，使闸皮向下压至与把的另一头将接头、拉杆、拉管向下压，使闸皮向下压至与轮胎接触，产生摩擦制动力。其缺点是刹车效果与轮胎充气轮胎接触，产生摩擦制动力。其缺点是刹车效果与轮胎充气程度有关。充气不足时，会使摩擦力减小，影响刹车效果。程度有关。充气不足时，会使摩擦力减小，影响刹车效果。脚蹬是轮轴脚蹬是轮轴,但是轮轴也用了杠杆的原理。但是轮轴也用了杠杆的原理。.自行车是一种自行车是一种机械机械,它由许多的简
6、单机械构成它由许多的简单机械构成:执行部分的车把执行部分的车把,控制部分控制部分中的车闸把中的车闸把,后闸部件中的前曲拐后闸部件中的前曲拐,后曲拐及支架后曲拐及支架,货架上的货架上的弹簧夹弹簧夹,车铃的按钮等部件都属于杠杆车铃的按钮等部件都属于杠杆.传动部分中的脚蹬传动部分中的脚蹬.1:1:脚踏板是动力脚踏板是动力,链条是阻力链条是阻力.支点是中间圆盘的轴支点是中间圆盘的轴 2:2:后轮外圈的车胎是阻力后轮外圈的车胎是阻力,自行车链条是动力自行车链条是动力.车轮轴是支点车轮轴是支点行车刹车行车刹车 行车刹车由鼓式、轮圈式到碟刹式，与时俱进。碟刹的使用行车刹车由鼓式、轮圈式到碟刹式，与时俱进。碟
7、刹的使用愈来愈普及，而刹车这种安全、保命装置，没有失败的权利愈来愈普及，而刹车这种安全、保命装置，没有失败的权利。我们意在认识碟刹，不在论断、区别好坏。选择及采用何。我们意在认识碟刹，不在论断、区别好坏。选择及采用何种系统，应是使用者依据自己的骑乘方式、需求、预算等的种系统，应是使用者依据自己的骑乘方式、需求、预算等的衡量，各取所需，各有所用。衡量，各取所需，各有所用。自行车基本上是两点着地，骑动时可以不倒下是因为两自行车基本上是两点着地，骑动时可以不倒下是因为两轮滚动时产生水平方向的角动量；当车子几乎静止时角轮滚动时产生水平方向的角动量；当车子几乎静止时角动量消失了，质心要通过底座动量消失了
8、，质心要通过底座(人和车体在地面的投影人和车体在地面的投影)的机会非常少，不可避免就要倒下，此时若转动手把就的机会非常少，不可避免就要倒下，此时若转动手把就会产生垂直方向的角动量，使车子保持平衡，这点可以会产生垂直方向的角动量，使车子保持平衡，这点可以类比于向心力的平衡原理的即自行车在行进的过程中，类比于向心力的平衡原理的即自行车在行进的过程中，自行车的轨迹是一个一个的圆弧连接而成，自行车在这自行车的轨迹是一个一个的圆弧连接而成，自行车在这样的圆弧内行进的时候，重心受到一个离心力，离心力样的圆弧内行进的时候，重心受到一个离心力，离心力使他向圆弧外倾倒，但是骑行者通过控制方向使他向圆使他向圆弧外
9、倾倒，但是骑行者通过控制方向使他向圆弧内倾倒，这样达到一个平衡。但这个过程同样需要人弧内倾倒，这样达到一个平衡。但这个过程同样需要人的反射控制才能很好的实现。的反射控制才能很好的实现。自行车平衡原理陀螺效应陀螺效应 自行车只有自行车只有2个轮子，却为什么可以保持平衡呢？甚至个轮子，却为什么可以保持平衡呢？甚至，高手在骑车的时候，可以双手离开车把，任由车子向，高手在骑车的时候，可以双手离开车把，任由车子向前走而不担心摔倒（但要担心前面呼啸而来的汽车）。前走而不担心摔倒（但要担心前面呼啸而来的汽车）。我们知道一个陀螺，放在地上转一下，并开始用鞭子使我们知道一个陀螺，放在地上转一下，并开始用鞭子使劲
10、抽打它，随着陀螺越转越快，陀螺也像不倒翁一样，劲抽打它，随着陀螺越转越快，陀螺也像不倒翁一样，虽然只有一个尖着地，却左右摇摆而不肯倒下。这就是虽然只有一个尖着地，却左右摇摆而不肯倒下。这就是陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的惯性。陀螺只有一个旋转方向，已经很稳定了。向）的惯性。陀螺只有一个旋转方向，已经很稳定了。而自行车有而自行车有2个轮子，显然自行车轮子在高速旋转的时候个轮子，显然自行车轮子在高速旋转的时候，会使自行车更稳定。因此，骑车人撒开车把也不会倒，会使自行车更稳定。因此，骑车人撒开车把也不会倒下。下。变速原理变速原理
11、设前齿轮半径设前齿轮半径a a、后齿轮半径后齿轮半径b b，a/ba/b的比值的比值愈大，可以愈省力，但省力一定较费时，所以愈大，可以愈省力，但省力一定较费时，所以车骑得不快，一般在起动时会把车骑得不快，一般在起动时会把a/ba/b调小一点调小一点，比较容易克服最大静摩擦力，之后再把比值，比较容易克服最大静摩擦力，之后再把比值变大一辆十段变速的自行车有两个不同半径变大一辆十段变速的自行车有两个不同半径的前轮，后面有五个，以共有十种组合的前轮，后面有五个，以共有十种组合人一车人一车系统平衡系统平衡 运动中的运动中的“人车人车”系统具有一定的速度，系统具有一定的速度，“摔倒摔倒”在物理上是在物理上
12、是“人车人车”系统的运动速度改变方向，而系统的运动速度改变方向，而速度方向的改变必须有一个系统外的加速度，由于在速度方向的改变必须有一个系统外的加速度，由于在骑车的过程我们找不到这样的一个加速度，所以系统骑车的过程我们找不到这样的一个加速度，所以系统的速度方向不会变化。所以不会摔倒。人推车时也是的速度方向不会变化。所以不会摔倒。人推车时也是一个一个“微变速运动微变速运动”。骑车的时候，人车系统也是一。骑车的时候，人车系统也是一种加速度很小的种加速度很小的“微变速运动微变速运动”，严格说来，人车系，严格说来，人车系统不是处在平衡状态，而是加速度很小且不断变化的统不是处在平衡状态，而是加速度很小且不断变化的大致上的大致上的“平衡平衡”状态。状态。所以，在上车和下车这个过程中，需要不断调整姿势所以，在上车和下车这个过程中，需要不断调整姿势。重心重心 自行车想要不会倒下的原因很简单自行车想要不会倒下的原因很简单:让人让人和自行车的重心在一条直线上和自行车的重心在一条直线上,自行车不自行车不管往哪个方向歪管往哪个方向歪,只要人和自行车重心保只要人和自行车重心保持一致持一致,自行车就不会歪倒。自行车就不会歪倒。
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