自行车中的物理知识

Question

力学
光学
之类的。全一些

Answer 1

一、力学知识

1．摩擦方面

（1）自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，并且使用摩擦大的材料，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。

（4）刹车时，用力捏紧车闸，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．简单机械

（1）自行车刹车手闸是一个省力杠杆，车后坐的载物夹也是杠杆。脚踏和中轴大齿轮组成一个省力轮轴，后轮上小齿轮和后轮组成一个费力轮轴。车把和前叉也构成省力轮轴。

（2）自行车上坡走S形路线，相当于增加了斜面的长，可以省力，使上坡更容易。

3．运动方面

（1）自行车的速度约为（3-5）m/s。

（2）以树木为参照物，自行车是运动的；以树木为参照物，自行车是向后退的。

4．压强方面

（1）一般情况下，充足气的自行车前、后轮胎着地总面积大约为S＝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＝（600N+250N）＝850N，可以计算出自行车对地面的压强约为8．5×104Pa。

（2）自行车的车座较宽大，可以增大人与车座的接触面积，减小对人的压强，人骑座时感到舒服。

（3） 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。

（4）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。

（5）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．惯性方面

（1）当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然前进，是由于它具有惯性。

（2）当人骑自行车前进时，若紧急刹车，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）自行车的车支架上挂有一个弹簧，在它弹起时，弹簧的弹性势能转化为动能，车支架自动弹起。

（4）自行车在不平的路面骑行时，车坐下被压缩的弹簧产生弹力，弹簧的弹性势能转化为动能，弹簧起到减震作用。

二、声学知识

（1）自行车的金属车铃发声是由于铃盖在不停的振动。

（2）自行车有些部位零件松动时，骑行时引起振动发生。

三、热学知识

（1）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。

（2）用打气筒给自行车车胎打气时，不一会儿气筒壁就会热起来，是因为打气筒的活塞压缩气体做功，气体内能增加，气体内能传给筒壁，使筒壁温度升高。同时打气过程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功过程，也使筒壁内能增加，温度升高。

四、光学知识

（1）自行车的后面都装有一个反光镜，它是由许多角反射器组成的。当有光线从任意角度射向尾灯时，它都能把光“反向射回”。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，能引起汽车司机的注意。

（2）自行车铃的金属盖是凸面镜，能成正立、缩小的虚象。

Answer 2

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)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

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

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。

Answer 3

1 轮胎上有许多花纹
增大摩擦系数，增大接触免，也就增大了摩擦力
2 刹车 ，
应用了杠杆原理同时也可以增大摩擦力

3 自行车龙头
杠杆原理；运用了轮轴，滚动摩擦力小

4 踏轮
杠杆原理；前齿轮大后齿轮小
5 车轴
里面有轴承，减小了摩擦力
6 有的车有减震
7 外胎是橡胶的增大了摩擦力
8 车座，压强与面积的关系
9 自行车的尾灯，用的是全反射原理
10 车内胎，空气压强的知识

Answer 4

1.测量中的应用

在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。

2.力和运动的应用

（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，车把手塑料套，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，故车可迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。

（2）弹簧的减震作用。

车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。

3.压强知识的应用

（1）自行车车胎上刻有载重量。如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。

（2）座垫呈马鞍型，它能够增大座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。

Answer 5

杠杆、滑轮、轮轴