《第三课自行车中的物理知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三课自行车中的物理知识（6页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、夷陵中学 校本课程第三课 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，下面分别介绍自行车的有关原理和其中涉及到的相关物理知识。车体设计原理A：手把连接前轮的转向机制是轮轴的运用，一般女装车手把大多比较宽，就是因为把 轮”的半径加大，可以更省力，骑起来很优雅B：剎车把手是一个简单的杠杆，使用者用很小的力就可对剎车片产生很大的压力.C：前剎片是利用摩擦力使车轮减速，同时在 接地点产生向后的摩擦力来使车体减速.以前轮夹 式剎车和传统后轮轴心的盘式剎车来比较，对同样 大小的剎车压力而言，前者因
2、力臂较长，会比后者 有较大的力矩，效果较佳.D：接地的轮胎也是靠摩擦力使车子前进，剎 车也是同样道理.E：轮轴中央用滚珠轴承加黄油来减少摩擦， 提高传动效率F：踏板是轮轴的运用.G：前后齿轮是利用链条传动的齿轮系统， 因为前大后小，所以费力而省时，可以把车子加 速到很快.H：后齿轮传动给后轮是一种作用力施在轴 上的轮轴系统.I：有些座垫下方是以弹簧为避震器，是弹 簧在日常生活中除了做为弹簧秤外，另一大用途.J:新型自行车有些装上油压避震器，是帕斯卡原理的运用.二、为何自行车刚骑动时手把会不自觉转动？ 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
3、角动量消失了，质心要通过底座（人和车体在地面的投影）的机会非常 少，不可避免就要倒下，此时若转动手把就会产生垂直方向的角动量，使车子保持平衡，这 点和飞盘转动时可以保持平稳飞行有异曲同工之妙，但因为转动不是很完整，方向又一再改 变，所以一般不能撑很久三、变速原理设前齿轮半径a、后齿轮半径b, a/b的比值愈大，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a/b调小一点，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的前轮，后面有五个，以共有十种组合四、剎车原理从运动学的角度来看，急剎车车子可能向前翻倒先考虑前轮剎死的情形:此时以前轮 着地点为
4、支点，因车子有向前的惯性（人车的质心明显在支点右上方），很容易有向前翻的情 形发生；那后轮剎车的情形又如何呢?如果后轮剎死了车子的惯性一样向前，但此时前轮对 地面的压力会增大，相对减少后轮的下压力，所以翻车的机会较少，当然若是向前的惯性实 在太大，车子一样会以前轮为支点旋转而使后轮会上跷综合以上可知:自行车最好不要单独剎前轮，若只有一个剎车系统应装在后轮，当 然两轮一起剎车最理想不论用那一轮剎车，前轮的下压力一定会增大，后轮的一定减少， 所以前轮的剎车摩擦力比后轮的大所以在机车或汽车上，效果较佳（当然也较贵）的碟式剎 车装在前轮，后轮再装鼓式剎车，此即常在汽车广告中听到的”前碟后鼓”，但注意使
5、用的前 提是前后剎车一定同时作用，以免翻车（二）自行车中的物理知识 图1和图2是两种常见的自行车，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、力学知识1摩擦方面(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(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
6、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压强方面一般情况下，充足气的自行车轮胎着地面积大约为S=2X10CmX5cm=100Xcm2,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为6.5X104Pa.(2) 在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，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
7、) 自行车的车座做得扁而平，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3所示.(2) 自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮轴，实质为一个省 力杠杆.(3) 自行车的飞轮也相当于一个省力的轮轴.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
8、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(3) 如图 4 所示，自行车的车梯上挂有一个弹簧，在它弹起时，弹簧的弹性势能转化为 动能，车梯自动弹起7. 声学方面(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断的振动而引起的.8. 齿轮传动方面(1)线速度和角速度的关系，如图5所示，设齿轮边缘 的线速度为V ,齿轮的半径为R ,齿轮转动的角速度为3, 则有v = 3R .二、热学知识在夏天自行车轮胎内的气体不能充得太足，
9、是为了防止自行车爆胎，因为对于质量、体 积一定的气体，当温度越高，压强越大，当压强达到一定程度时，若超过了轮胎的承受能力 就会发生爆胎的情况.一不遽明三、光学知识在日常生活中，自行车的后面都装有一个反光镜，它的设计很巧 妙，组成如图6所示，它是由三个相互垂直的平面镜组成一个立体直 角，用其内表面作为反射面，这叫角反射器.当有光线从任意角度射 向尾灯时，它都能把光“反向射回”当光线射向反光镜时，会使后面 的人很容易看到在夜间，当汽车灯光照到它前方的自行车尾灯上， 无论入射方向如何，反射光都能反射到汽车上，其光强远大于一般的 漫反射光，就如发光的红灯，足以让汽车的司机观察到.四、电学方面在有些自行车上装有小型的发电装置，它利用摩擦转动，就像我们在实验室中看到的手 摇发电机一样，发出的电能供给车灯工作，起到一定的照明作用.
第三课自行车中的物理知识
