自行車中的物理

河北省臨城縣臨城中學(xué) 張藝欣

自行車中的物理

河北省臨城縣臨城中學(xué) 張藝欣

自行車是同學(xué)們?nèi)粘Ｉ钪衅毡槭褂玫囊环N交通工具，如果你仔細(xì)觀察并認(rèn)真思考，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在自行車的設(shè)計(jì)和使用中涉及了很多物理方面的知識(shí)，不信請(qǐng)看。

1.穩(wěn)定性知識(shí)

自行車在行駛過(guò)程中不會(huì)傾倒主要得益于物理學(xué)原理的應(yīng)用。大家知道，凡是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，若其轉(zhuǎn)動(dòng)方向保持不變，物體便不會(huì)傾倒。旋轉(zhuǎn)的陀螺不會(huì)傾倒正是應(yīng)用的這個(gè)原理。我們騎自行車時(shí)，是在前進(jìn)的方向上給自行車一個(gè)力，使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，因此車輪能保持在一種平衡狀態(tài)。一旦停下來(lái)，這種平衡沒(méi)了，自行車便會(huì)傾倒。

2.摩擦力知識(shí)

（1）自行車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊等處均刻有一些花紋，以增大接觸面的粗糙程度，從而增大摩擦力。

（2）車軸處經(jīng)常加一些潤(rùn)滑油，以減小接觸面的粗糙程度，從而減小摩擦力。

（3）所有車軸處均有滾珠，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，從而減小摩擦力。

（4）剎車時(shí)需要捏緊剎車把，以增大剎車塊與車圈之間的壓力，從而增大摩擦力。

（5）緊蹬自行車前進(jìn)時(shí)，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進(jìn)的動(dòng)力；前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進(jìn)的阻力。自行車靠慣性前進(jìn)時(shí)，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個(gè)力均是自行車前進(jìn)的阻力。

3.減震系統(tǒng)

自行車上共有5個(gè)地方進(jìn)行了減震處理：三腳架、鞍座、車頭和前后輪胎，其中三腳架、鞍座、車頭運(yùn)用彈簧減震，車身則依靠輪胎減震。自行車震動(dòng)時(shí)，整個(gè)車身具有了形變性，使人落下時(shí)與車身接觸的時(shí)間增長(zhǎng)，受力變小，提高了舒適性。這好比人從高處跳到水泥地上腳會(huì)感到疼，但如果在地面上鋪上軟墊后人再往下跳，即使是相同高度，感覺也不會(huì)那樣劇烈。通過(guò)減震不僅使騎車人感到舒適，也減少了自行車的磨損。

4.壓強(qiáng)知識(shí)

（1）自行車車胎上刻有載重量，若車載過(guò)重，則車胎會(huì)因受到的壓強(qiáng)太大而被壓破。

（2）坐墊呈馬鞍型，它能夠增大坐墊與人體的接觸面積以減小臀部所受壓強(qiáng)，使人騎車時(shí)不易感到疲勞。

（3）夏天輪胎打足氣時(shí)常常會(huì)在烈日下爆胎，這是因?yàn)檩喬ブ械臍怏w溫度升高，受熱膨脹，壓強(qiáng)增大，故使得車胎爆炸。

（4）充氣內(nèi)胎上的氣門芯，起著單向閥門的作用，只讓氣體進(jìn)入，不讓氣體外漏，保證充氣內(nèi)胎的密封。

5.簡(jiǎn)單機(jī)械知識(shí)

（1）自行車的車把是省力杠桿，人們用很小的力就能轉(zhuǎn)動(dòng)自行車前輪，從而控制自行車的運(yùn)動(dòng)方向和自行車的平衡。

（2）車把上的閘把是省力杠桿，人們用很小的力就能使車閘以較大的壓力壓在車輪的鋼圈上。

6.功、機(jī)械能知識(shí)

（1）根據(jù)功的原理，省力必定費(fèi)距離，因此人們?cè)隍T車上坡時(shí)常沿“S”形路線行駛。

（2）騎車上坡前，人們往往要加緊蹬幾下，這是利用動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能；而騎車下坡前即使不用蹬，車速也會(huì)越來(lái)越快，這是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

7.慣性知識(shí)

快速行駛的自行車，如果突然把前輪剎住，后輪會(huì)跳起來(lái)。這是因?yàn)榍拜喪艿阶枇Χ蝗煌Ｖ惯\(yùn)動(dòng)，而根據(jù)慣性定律，人和后輪要繼續(xù)保持向前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以后輪會(huì)跳起來(lái)。

8.光學(xué)知識(shí)

自行車上的紅色尾燈不能自行發(fā)光，但是到了晚上卻可以提醒后面的汽車司機(jī)注意。這是因?yàn)樽孕熊嚨奈矡羰怯珊芏喾涓C狀的“小室”構(gòu)成的，而每一個(gè)“小室”是由三個(gè)互成90度的反射面組成的。這樣當(dāng)后面汽車的燈光照射到自行車尾燈上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射光，因此可以引起司機(jī)的注意。