关于自行车的物理知识

Question

如题所述

Answer 1

首先，我们从车型说起：按照车轮的直径，可以将自行车分为28型、26型等若干车型。也许有人要问，26、28是什么意思。其实这个问题开始也困扰过我们。但是，后来我在修自行车的过程中，偶然发现车胎上写着71cm，我找来卷尺，量出直径，恰好为71cm，后来，通过查阅字典的单际单位。同理，24、26也如此！
下面是我的研究成果：
（一）前后轮摩擦力方面的问题
前后轮所受摩擦力方向是否一致？你可能会说 “不同”，但具体是什么方向，也说不清楚。
正好，有些同学研究黑板擦问题。他们用黑板擦在黑板上滑动时，可以清楚地看到毛毡面变形，而变形方向与相对滑动方向恰恰相反，我从中大受启发。
最后我们确定实验研究法。
前轮：将一条厚海绵裹在车轮上，固定好，让前轮自由转动，保持前进状态，然后刹车，这时车轮下的海绵都挤在车轮着地点的后方，由此推知地面给前轮一个向后的摩擦力与车前进方向相反，是阻力；对于后轮，我们先把它架空，驱动脚蹬，使车轮转起来，然后让它着地，在着地的一瞬间，发现海绵挤在车轮着地点的前面，实验表明地面给车后轮一个向前的磨擦力，导致车前进，这也就是自行车能前进的原因。
结论：前轮受的磨擦力向后，后轮受的磨擦力向前。后轮提供车前进的动力。
（二）自行车轮胎中的物理知识
自行车的轮胎在自行车整个结构中占有重要的地位，缺少了它，自行车就会失去生命，不能前进。同时，轮胎中也包含了许多的物理知识。
我让几个人骑不同型号的自行车，在较光滑的路面上（地面上的阻碍物，如小石子等已被除去），同时同地开始行进，行进途中保持相同的速度，行驶到规定的距离时，同时捏闸后，车轮与地面保持滑动磨擦，车轮与地面滑动磨擦测得的轨迹长短不同，经过多次实验作出图表。第一次我们发现普通车停的较快，经过多次实验发现，在同样的情况下，最先停下来的车型不大相同，没有一定的规律性。这与理想状态有一定差距（我们想像中的情景：在相同情况下，四辆自行车应同时停下来）。我们经过思考和研究认为，造成我们这一实验失败的主要因素有：闸皮与车轮的接触程度不同，轮胎中充气的质量有一定的差异，路面的状况以及车速的把握上还有一定的欠缺，其他因素还有待我们去研究，经过多次研究讨论我们决定调试配重并且调整好闸皮与钢圈之间距离又经过实验，我们发现粗糙的自行车轮胎与地面磨擦的轨迹较短。图表如下：
捷安特 飞鸽 凤凰（老式）
第一次 2.85m 3.08m 3.12m
第二次 2.30m 2.47m 2.59m
第三次 3.15m 3.23m 3.41m
第四次 2.66m 2.78m 2.99m

为什么轮胎粗糙的自行车滑动距离较短呢？我们根据所学的物理知识做了解释。当三种自行车的质量m一定时，自行车的加速度a为负值，a=μg，粗糙的轮胎与地面的动磨擦因数μ较大，磨擦力F也越大，加速度值越大，根据V0＝at，s= 得 ，由此得出结论，轮胎越粗糙的自行车，在其他因素相同的情况下磨擦的轨迹越短。
（三）辐丝部分
一个车轮上共有36根辐丝，构成一个网状结构，最初人们把自行车的轮胎设计成一个木制的圆盘，而现在设计成了辐丝，仅用36根很细的辐丝便起到了支撑作用，我们小组刘佳同学提出，当给轮胎施加竖直向下的压力时，车轮水平方向的几根辐丝是否受力，对此，我们组在指导老师的带领下请教了一位修车的师傅，修车的师傅告诉我们，当给车施加向下的压力时，车竖直方向上的上下各六根辐丝受到压力，而水平方向上的辐丝也受力。我们为了讨论水平方向辐丝是否受力，做了以下实验，找一辆废旧的童车的轮胎，两人一起用力压轮胎，观察到轮胎几乎没有变形，而抽去轮胎水平方向两侧的辐丝，再用力压轮胎，发现轮胎在竖直方向上压扁了。所以水平方向也受力。因此自行车的轮胎选用了辐丝交叉的方法。
（四）自行车的传动部分
自行车的运动主要是将人脚交替对脚踏板的压力转化为车轮与地面的磨擦力，转化的重要部分是自行车的传动部分。
自行车的传动部分主要是由脚蹬“飞轮”、链条及后轮四部分组成。下面浅谈一下自行车传动部分的工作过程。人在骑车时，两脚交替把脚蹬踩下“牙盘”转动，由于“牙盘”和“飞轮”的小齿和链条相互咬合，带动了后面飞轮的转动，自行车后轮向前运动，使自行车向前行驶。这个过程虽然简单，却包含了不少的物理知识。
脚蹬和牙盘之间是省力的轮轴。因为脚蹬转动半径大于牙盘，所以蹬车时不必费太大的力。
使用带齿的轮盘与链条相互咬合代替了皮带传动，增大了磨擦，更有力地带动了“飞轮”的转动。
自行车运动时“牙盘”与“飞轮”以相同速度转动，根据我们所学的线速度公式V1＝rw因v一定，所以 ，即r飞／r牙＜1，所以ω飞/ω牙＞1。即在相同的时间内，飞轮的转动圈数大于牙盘的转动圈数。而飞轮与后轮共轴，所以二者角速度相等，因此当牙盘转一周时，后轮会转几周以此来提高速度。得到牙盘与飞轮角速度比，由此可得出，踏板所做圆周运动的角速度与车后轮（或前轮）的角速度比也为r2：r1。当知道车轮直径时也可根据数单脚蹬踏板所做圆周运动的次数n估测自行车行驶距离，表达式为：变速自行车有多种“牙盘”与“飞轮”的比，比例的个数为牙盘个数x1乘以x2，其中当牙盘与飞轮的半径比r1:r2越大时，蹬车子越费力，蹬车次数减少，多在下坡时使用；当r1：r2越小时，蹬车子越省力，但蹬车次数增多，以上是我们研究得出的一条结论，多用于上坡时。原理：蹬车时总是双脚交替用力，当自行车行驶时阻力F2一定时，单脚蹬力F1与阻力之比为r1：r2；上坡时阻力F2增大，若用人体比较舒适的蹬力F1蹬自行车时，飞轮与牙盘r1：r2就需增大，下坡时F减小，此时若用相同的力F1蹬自行车，那么飞轮与牙盘的比r1：r2就需减小。
使用充气轮胎，还涉及了一个动量定理的物理知识，只有使t变长，F才能变小，从而起到缓冲作用。
我们研究了有关轮胎中的热学知识。
自行车轮胎不是木制的而是在轮胎中充气的好处：以减弱沿地面行驶时产生的震动。但是应注意的是，轮胎中充气不能过满。特别是在夏天，轮胎中的压缩气体受热膨胀，当膨胀到一定程度时，轮胎的体积不再变化而压强逐渐增大，根据物理知识p T，内部压强增大，会导致爆破，因此在夏天不要将自行车停放在太阳底下，以免造成同样的后果。
另外，我们准备进行车闸力矩问题的实验，但由于各种自行车的车辆力矩相距甚远，以及测量上的困难，我们后来放弃了。
此外，滚动轴承运用了滚动磨擦小于滑动磨擦；车架的三角形，运用了三角形的稳定性，变力易平衡等特性。

Answer 2

按说，任何机械都不能省功，但其自行车和走路比起来的确节省了功。这是为什么呢 ？因为自行车使运动的细节改变了，节省了人在走路时身体重心高低变化所产生的做功，所以自行车减少了无用功，提高了效率。

Answer 3

这应该是个列举题吧？
列举一二即可，因为其中的知识太多了
楼上的回答我不喜欢哦

Answer 4

自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件中，其基本部件缺一不可。其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统： 1、导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。 2、驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。 3、制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶、确保行车安全。 此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了车灯，支架等部件。

Answer 5

根据德布罗意假说，任何物体运动时都会有与之对应的波，且速度越大波长（振幅）越短…………当然，我是开玩笑的。

Answer 6

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，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)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