自行车原理

2024年2月12日发(作者：坚定信念)

自行车运动原理

自行车的原理是通过人的脚对脚蹬施加力，从而通过曲柄带动链轮的转动，链轮又通过链条带动飞轮的转动，飞轮进而后轮转动。由于后轮与地面的摩擦力，使得后轮与地面不会相对滑动，而后轮在地面上滚动，整个车子就运动起来了。

自行车的构造：

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、停使、确保行车安全。

4、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。

自行车平衡：

自行车的两个轮盘中心有个中心轴，转起来后，中心轴就会努力保持与地面平行。

自然界的一切都在运动，所以说运动是绝对的，而静止必须要相对于某个参考系，因而说静止是相对的。但是静止也是自然界的某个运动形式，只是它是由你所选参考系所决定的。因此自然界是不存在绝对静止的。也可以说静止是属于运动的一个子概念。

当自行车运动时会受到两侧的空气流过时对它的力，两侧的力是平衡的，因此它不会倒，而它静止时就不会受到那种力。

运动着的自行车如果拥有一定快的速度, 就会保持一定的直线运动惯性(除非地面实在太不平)。那么外界对自行车的各种干扰力, 对自行车惯性速度和运动方向的改变, 就会变得细小和缓慢许多, 由于直线运动的惯性速度和方向的改变

缓慢了, 那么车手就有充足的时间作为反应,来轻微地调整车头方向, 行动速度,

坐姿, 产生一种保持原有速度和方向的加速度, 所以感觉上是, 自行车速度快到一定程度, 反而车手不容易倒, 太慢了反而容易倒。

其力学知识：

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。

自行车刹车：

在骑自行车的过程中，我们常常要用到刹车。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。前剎片是利用摩擦力使车轮减速，同时在接地点产生向后的摩擦力来使车体减速。以前轮夹式剎车和传统后轮轴心的盘式剎车来比较，对同样大小的剎车压力而言，前者因力臂较长，会比后者有较大的力矩，效果较佳。