自行车上的物理知识

自行车上的物理知识

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，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．

一、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=100×cm2，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6.5×104Pa．

(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，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ω，则有v = ωR．

二、热学知识

在夏天自行车轮胎内的气体不能充得太足，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．

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．

自行车上的物理知识

【字体：大中小】2010-07-12 15:39:32 来源：中国天气网

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，否则会出现翻车事故。

自行车上的物理知识

点击数：1129次录入时间：2009-4-22 10:26:00 编辑：zss08

自行车是一种简便的交通工具，从它的构造和使用过程中，可发现许多与物理有关的知识。

1、自行车的车座为何设计成马鞍型？

答：这样可以增大人与车座的接触面积，减小车座对人的压强，人骑车时感到舒服，骑车不易感到疲劳。

2、车坐下的弹簧有什么作用？

答：起到减震作用。

3、自行车的那些部件是杠杆？

答：刹车手闸是一个省力杠杆，车把和前*也构成省力杠杆。

4、自行车的哪些装置是轮轴？

答：脚踏和中轴大齿轮组成一个省力轮轴，自行车把也是省力轮轴，后轮上小齿轮和后轮组成一个费力轮轴。

5、自行车的手把、脚踏板、轮胎等处，为什么会做有凹凸不平的花纹？

答：通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦。

6、自行车的哪些部位要减小摩擦，用什么方法来减小？

答：自行车上的所有转轴，如中轴、前后轴、飞轮、脚踏板、转轴等部件都要减小摩擦，它们是利用滚珠轴承或润滑剂来减少摩擦的。

7、刹车是为什么手要用力？紧急刹车，车为什么能很快停下来？