一辆自行车上包含了哪些物理原理要全面 - 自行车上的物理原理

时间:2018-08-07分类:物理

一辆自行车上包含了哪些物理原理要全面

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、链轮、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、停使、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。

下面来具体介绍一些与力学知识有关的自行车部件:

1、车架部件是构成自行车的基本结构体,也是自行车的骨架和主体,其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。

车架部件的结构形式有很多,但总体可以分为两大类:即男式车架和女式车架。

车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。为了减轻管重量,提高强度,较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力,有的自行车还采用流线型的钢管。

由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的,车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体,车架部件制造精度的优劣,将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。一般辐条是等径的,为了减轻重力,也有制成两端大、中间小的变径辐条,还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型

2、外胎:分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽,能全部裹住内胎,着地面积比较大,能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻,着地面积小适宜在平坦的道路上行驶,具有阻力小,行驶轻快等优点。

外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。山地自行车的外胎宽度特别宽,花纹较深也是适应越野山地用。

3、脚蹬部件:脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上,是一个将平动力转化为转动力的装置,自行车骑行时,脚踏力首先传递给脚蹬部件,,然后由脚蹬轴转动曲柄,中轴,链条飞轮,使后轮转动,从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适,将直接影响骑车人的放脚位置是否合适,自行车的驱动能否顺利进行。

脚踏:可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面,必须安全可靠,具有一定的防滑性能,可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。

4、前叉部件:前叉部件在自行车结构中处于前方部位,它的上端与车把部件相连,车架部件与前管配合,下端与前轴部件配合,组成自行车的导向系统。

转动车把和前叉,可以使前轮改变方向,起到了自行车的导向作用。此外,还可以起到控制自行车行驶的作用。

前叉部件的受力情况属悬臂梁性质,故前叉部件必须具有足够的强度等性质。

5、链条:链条又称车链、滚子链,安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上,带动自行车前进。

链轮:用高强度钢材制成,保证其达到需要的拉力。

6、飞轮:飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端,与链轮保持同一平面,并通过链条与链轮相连接,构成自行车的驱动系统。从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。

单级飞轮又称为单链轮片飞轮,主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成。

其单级飞轮工作原理:当向前踏动脚踏是,链条带动飞轮向前转动,这时飞轮内齿和千斤相含,飞轮的转动力通过千斤传到芯子,芯子带动后轴和后轮转动,自行车就前进了。

当停止踏动脚踏板时,链条和外套都不旋转,但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动,这时飞轮内齿产生相对滑动,由此将芯子压缩到芯子的槽口内,千斤又压缩了千斤簧。当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时,千斤簧被压缩得最多,再稍微向前滑一点,千斤被千斤簧弹到齿根上,发出“嗒嗒”的声响。芯子转动加快,千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动,发出“嗒嗒”的声音。当反向踏动脚踏时,外套反向转动,会加速千斤的滑动,使“嗒嗒”声响得更急促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。

多级飞轮是在单级飞轮的基础上,增加几片飞轮片,与中轴上的链轮结合,组成各种不同的传递比,从而改变了自行车的速度。

高一上物理电动自行车的原理

电动自行车又叫智能型电动自行车

智能型和智能双控型电动自行车从原理上看基本相同。它们都是由车体部件、电池、传动部件、微电脑控制器和测力测速传感部件(俗称力矩传感器)组成。智能骑行时,人的脚踏力由传感部件测量出来,经过微电脑处理,电机输出相应的功率,使人的骑行十分省力。人的脚踏力越大,电机输出的功率即电助力也越大,相反亦然。

说出至少五种物理原理在自行车上的利用(包括结构与使用方面

一. 摩擦力的应用

--自行车为什么能前进?

自行车也和其它车辆一样,是靠车轮与地面的摩擦力前进的。自行车由于自身有质量、有自重,车轮和地面都不光滑,压在路面上就会产生静摩擦力。当人骑上自行车,用力使自行车开始运动,后轮与地面产生静摩擦力,其方向与自行车前进方向相同,所以推动自行车向前运动。

二. 压力越大,摩擦力越大

--自行车为什么能停止?

制动装置(刹车)在自行车中有着十分重要的作用。刹车不灵而导致的交通事故屡见不鲜,自行车是采用什么方法来制动的呢?

自行车的刹车是利用摩擦力使自行车减速和停止前进。当我们使用刹车时,刹皮与车轮间的摩擦力,使车轮停止运动或速度减小,车轮与地面见的摩擦力由滚动摩擦变成滑动摩擦,强大的滑动摩擦力方向与自行车前进方向相反,使自行车迅速减速(或迅速停止运动)。

三. 增大粗糙程度,增大摩擦力

--自行车外胎上为什么有凸凹不平的花纹?

自行车外胎上有凸凹不平的花纹,可以增大自行车与地面间的粗糙程度,来增大摩擦力,防止自行车打滑。

急刹车时,滑动摩擦力对车辆外胎磨损十分大,若使轮子总处于滚动,而不滑动时,则可避免对车轮磨损。因此可设想在自行车上另设置一刹车备用(可金属、橡胶……),平时运动时,刹盘提起脱离地面,刹车时,将刹盘按下与地面接触,使刹盘在地面滑动,产生滑动摩擦力,使车辆迅速减速直至停止,避免自行车外胎磨损。

四.滚动摩擦力比滑动摩擦力小

--自行车哪些地方安钢珠?为什么安钢珠?

自行车应当骑起来越轻松、越灵活才越好、越省力,所以在自行车转动的地方,中轴、后轴、车把转动处,脚蹬转动处、飞轮等地方,都安有钢珠。转动地方安装钢珠是为了减小摩擦力,保护零件,节省动力,因为滚动摩擦比滑动摩擦小得多,用滚动来代替滑动可以大大减小摩擦,并经常加润滑油,使接触面彼此离开,摩擦变得更小、更省力。

杠杆

控制前轮转向的杠杆:自行车的车把,是省力杠杆,人们用很小的力就能转动自行车前轮,来控制自行车的运动方向和自行车的平衡。

控制刹车闸的杠杆:车把上的闸把是省力杠杆,人们用很小的力就能使车闸以比较大的压力压到车轮的钢圈上。

轮轴

一.自行车上的轮轴

中轴上的脚蹬和大齿轮:组成省力轮轴,由脚蹬半径大于大齿轮半径。

自行车车把与前叉轴:组成省力轮轴,手握把外的半径大于前叉轴的半径。

后轴上的齿轮和后轮:组成费力轮轴,齿轮半径小于后轮半径。

二.自行车行驶速度与车轮直径的关系

常见的自行车轮的直径有559mm(22英寸)、610mm(24英寸)、660mm(26英寸)、711mm(28英寸)的。骑28寸的比24寸的车费力一些,但速度快,因为28寸车轮的半径大,轮子每转一圈走的距离长一些,故速度快;半径大使轮轴的轴半径大,故费力。

三.自行车变速的道理

自行车能够前进运动,是靠人用车踩动脚蹬来提供动力,驱动后轮转动产生摩擦力而形成。而后轮的转动是通过链条把中轴、后轴上的链轮飞齿轮相连带动,两轮每个齿与各链条间的孔对应,大齿轮转过一个齿,齿轮也一定转过一个齿,绝不可能打滑。

四.变速车

新型变速自行车中,中轴链轮上有几个直径不同、齿数不同的齿盘,后轴飞轮有几个直径、齿数不同的齿盘,选择不同齿数的齿轮,通过链条相连带动,后轮转动的快慢就改变了,称为变速车。

气体体积减小,压强增大

早期的各种轮子都是木轮、铁轮,颠簸不已。现代自行车使用充气内胎主要是利用质量一定的气体体积减小,压强增大的原理。当路面不平给车胎带来冲击的时候,充气内胎的压缩和恢复有很好的缓冲作用,减小了颠簸,既保护了自行车,也减小前进的阻力,也使人感到舒适。

光的反射

有的自行车上有尾灯,还有一块黄色塑料片,不仅为装饰,主要是为反光而用。白天,红色等色最醒目,很远的地方都能看见,提醒司机注意;晚上人们骑车时,后面或侧面驶来汽车,车灯光射到自行车尾灯上,反射回去,提醒司机注意。

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