自行車原理

2024年2月12日發(作者：堅定信念)

自行車運動原理

自行車的原理是通過人的腳對腳蹬施加力，從而通過曲柄帶動鏈輪的轉動，鏈輪又通過鏈條帶動飛輪的轉動，飛輪進而后輪轉動。由于后輪與地面的摩擦力，使得后輪與地面不會相對滑動，而后輪在地面上滾動，整個車子就運動起來了。

自行車的構造：

自行車的車架、輪胎、腳踏、剎車、鏈條等25個部件中，其基本部件缺一不可。其中，車架是自行車的骨架，它所承受的人和貨物的重量最大。按照各部件的工作特點，大致可將其分為導向系統、驅動系統、制動系統：

1、導向系統：由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。

2、驅動（傳動或行走）系統：由腳蹬、中軸、牙盤、曲柄、鏈條、飛輪、后軸、后輪等部件組成。人的腳的蹬力是靠腳蹬通過曲柄，鏈輪、鏈條、飛輪、后軸等部件傳動的，從而使自行車不斷前進。

3、制動系統：它由車閘部件組成、乘騎者可以隨時操縱車閘，使行駛的自行車減速、停使、確保行車安全。

4、此外，為了安全和美觀，以及從實用出發，還裝配了車燈，支架等部件。

自行車平衡：

自行車的兩個輪盤中心有個中心軸，轉起來后，中心軸就會努力保持與地面平行。

自然界的一切都在運動，所以說運動是絕對的，而靜止必須要相對于某個參考系，因而說靜止是相對的。但是靜止也是自然界的某個運動形式，只是它是由你所選參考系所決定的。因此自然界是不存在絕對靜止的。也可以說靜止是屬于運動的一個子概念。

當自行車運動時會受到兩側的空氣流過時對它的力，兩側的力是平衡的，因此它不會倒，而它靜止時就不會受到那種力。

運動著的自行車如果擁有一定快的速度, 就會保持一定的直線運動慣性(除非地面實在太不平)。那么外界對自行車的各種干擾力, 對自行車慣性速度和運動方向的改變, 就會變得細小和緩慢許多, 由于直線運動的慣性速度和方向的改變

緩慢了, 那么車手就有充足的時間作為反應,來輕微地調整車頭方向, 行動速度,

坐姿, 產生一種保持原有速度和方向的加速度, 所以感覺上是, 自行車速度快到一定程度, 反而車手不容易倒, 太慢了反而容易倒。

其力學知識：

1、摩擦方面

(1)自行車車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些花紋，增大接觸面粗糙程度，增大摩擦力。

(2)車軸處經常上一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度，來減小摩擦力。

(3)所有車軸處均有滾珠，變滑動摩擦為滾動摩擦，來減小摩擦，轉動方便。

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

(5)緊蹬自行車前進時，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進的動力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進的阻力；

自行車靠慣性前進時，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個力均是自行車前進的阻力。

2、壓強方面

(1)一般情況下，充足氣的自行車輪胎著地面積大約為

S=2×10Cm×5cm=100×cm2，當一普通的成年人騎自行車前進時，自行車對地面的壓力大約為F=(500N+150N)=650N，可以計算出自行車對地面的壓強為6。5×104Pa。

(2)在車軸擰螺母處要加一個墊圈，來增大受力面積，以減小壓強。

(3)自行車的腳踏板做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對腳的壓強，

(4)自行車的內胎要充夠足量的氣體，在氣體的體積、溫度一定時，氣體的質量越大，壓強越大。

(5)自行車的車座做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對身體的壓強。

3、輪軸方面

(1)自行車的車把相當于一個輪軸，車把相當于輪，前軸為軸，是一個省力杠桿，如圖3所示。

(2)自行車的腳踏板與中軸也相當于一個輪軸，實質為一個省力杠桿。

(3)自行車的飛輪也相當于一個省力的輪軸。

4、杠桿方面

自行車的剎車把相當于一個省力杠桿。

5、慣性方面

(1)當人騎自行車前進時，停止蹬自行車后，自行車仍然向前走，是由于它有慣性。

(2)當人騎自行車前進時，若遇到緊急情況，一般情況下要先捏緊后剎車，然后再捏緊前剎車，或者前后一起捏緊，這樣做是為了防止人由于慣性而向前飛出去。

6、能量轉化方面

(1)當人騎自行車下坡時，速度越來越快，是由于下坡時人和自行車的重力勢能轉化為人和自行車的動能。

(2)當人騎自行車上坡之前要緊蹬幾下，目的是增大速度，來增大人和自行車的動能，這樣上坡時動能轉化為重力勢能，能上得更高一些。

(3)自行車的車梯上掛有一個彈簧，在它彈起時，彈簧的彈性勢能轉化為動能，車梯自動彈起。

自行車剎車：

在騎自行車的過程中，我們常常要用到剎車。剎車時，剎皮與車圈間的摩擦力，會阻礙后輪的轉動。手的壓力越大，剎皮對車圈的壓力就越大，產生的摩擦力也就越大，后輪就轉動的越慢。如果完全剎死，這時后輪與地面之間的摩擦就變為滑動摩擦力（原來為滾動摩擦，方向向前），方向向后，阻礙了自行車的運動，因此就停下來了。前剎片是利用摩擦力使車輪減速，同時在接地點產生向后的摩擦力來使車體減速。以前輪夾式剎車和傳統后輪軸心的盤式剎車來比較，對同樣大小的剎車壓力而言，前者因力臂較長，會比后者有較大的力矩，效果較佳。