自行车的力学原理

自行车的阻力来源 自行车是我们日常生活中极其常见的一种交通工具。中国作为世界上的一个“自行车大国”，与自行车更过着不解的情缘。自行车的出现距今已有百余年的历史。最早的自行车是由法国人西夫拉克发明的，它没有传动系统，靠两脚蹬地向前滑行，最快只能达到时速20公里。后来苏格兰人皮埃尔发明了前轮带脚蹬的自行车。第一辆现代意义的自行车出现在19世纪末的英国，后由传教士带入中国。据统计目前中国有大约七亿辆自行车。骑自行车是当下户外活动的热门交通方式，它不仅有益身心健康，更体现了环保、自然的生活理念。简单的自行车中含有许多的物理知识，我们通过研究自行车来学习更多的物理知识。 摩擦力的大小跟两个因素有关：压力的大小、接触面的粗糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有凸凹不平的花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是为了防止自行车打滑。当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车与路面之间有摩擦，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，后轮与地面相对向后运动，自行车就前进 在自行车的前轴、中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处等地方，都安有钢珠。人们骑自行车总是希望轻松、灵活、省力。而用滚动代替滑动就可以大大减小摩擦力，因此要在自行车转动的地方安装钢珠，我们可以经常加润滑油，使接触面彼此离开，这样就可以使摩擦力变得更小。 刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力（原来为滚动摩擦，方向向前），方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。 把自行车的后轮看成是一个杠杆，轴心是定点，很明显，轴刹的力臂比轮刹的力臂短，所以作用在轮刹上的力可以更轻易使车轮停止转动。但是，轮刹和轮框的接触只有两个面，只能产生两个摩擦力；而轴刹带和车轴的接触面类似于一个3/4优弧，可以产生多个摩擦力。这样，即使是在轴上刹车，也不用担心摩擦力过小而使不了车轮停止转动。 但是，在车速较快时使用轮刹刹车对轮刹伤害很大，因为轮刹刹车时与轮框上的刹车点是相对静止的，车速较大时自行车难以瞬间停下来，轮刹会随刹车点向前运