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标题: 我们每天骑车和力学的关系，有一天自行车也可以倒车吗？ [打印本页]

作者: 风筝y、断弦 时间: 2012-6-14 11:00
标题: 我们每天骑车和力学的关系，有一天自行车也可以倒车吗？
自行车

  自行车是由人力脚踏驱动的、至少有两个车轮的陆地交通车辆，俗称自由车、脚踏车或单车。自行车无噪音、无污染、重量轻、结构简单、造价低廉、使用和维修方便，既能作为代步和运载货物的工具，又能用于体育锻炼，因而为人们所广泛使用。

1818年，德国的德赖斯发明木制、带车把的两轮自行车,靠双脚蹬地行驶；1839年，苏格兰的麦克米伦制成第一辆由曲柄连杆机构驱动后轮的铁制自行车，用脚蹬踏板行驶；1861年，法国的米肖父子发明前轮大、后轮小、在前轮上装有曲柄和能转动的踏板的自行车，并于1867年在巴黎博览会上展出，曾一度掀起自行车热。

1869年，英国的雷诺首先用辐条来拉紧轮辋，用钢管制成车架，并首先在轮辋上装上了实心的橡胶带，使自行车的重量大大减轻；1874年，英国的劳森开始在自行车上采用链条传动结构，但此时自行车仍是前轮大后轮小。

1886年英国的斯塔利在自行车上装上车闸，使用滚子轴承，又将前轮缩小，使前后轮大小相同，并将钢管组成菱形车架；1888年，英国的邓洛普成功地将充气轮胎应用在自行车上，显著地提高了自行车的骑行性能。

1925年世界自行车产量已达200万辆，其中英国占50％，成为当时主要的输出国。其后自行车得到广泛的发展，结构上也有了改进和提高。第二次世界大战后，汽车工业高速发展，自行车生产受到影响。但到70年代，由于出现能源危机，世界上再次出现自行车热，自行车生产又得到飞速发展。至80年代，全世界自行车产量已超过八千万辆，中国、日本、美国和西欧成为世界自行车生产中心。

1884年，中国出版的《申江胜景图》首次记载了中国开始出现骑自行车的情景；1897年，中国开始从英国进口自行车；1937年日本人在中国上海、天津和沈阳三地先后开设自行车厂，但产量极微；1949年中国自行车年产量只有1.5万辆；至80年代，中国共有自行车制造厂60余家,自行车零部件厂千余家，基本上形成了完整的生产体系。

自行车的品种繁多，可以按不同的方法分类，如按用途可分为载重车、普通车、轻便车，运动车和竞赛车等；按使用对象可分为男车、女车和童车；按车轮直径大小可分为28英寸车、27英寸车、26英寸车等；按车架等主体部件的用材可分为碳钢车、合金钢车、铝合金车等；按车架的结构可分为杆叠车、可拆卸车和整体车等；此外还有双人串列、健身、杂技等特种自行车。

自行车主要由车体部分、传动部分、行动部分和安全装置组成，根据需要可增加一些附件。四个主要部分又可分解为车架、前叉、前叉合件、车把、前轴、中轴、后轴、曲柄链轮、脚蹬、飞轮、车轮(包括轮辋、车胎、辐条)、链条、鞍座、车闸、车灯、车铃、反射器等部件。装有变速机构的运动车和竞赛车还装备变速控制器、前拨链器和后拨链器等。自行车附件有衣架、支架、气筒、保险叉、挡泥板等。

车体部分主要由车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等组成。前后轮中心距上、前叉倾斜角和前叉伸距堤自行车的主要参数。

车架是用普通碳素钢管经钎焊而成的菱形桁架结构，车架具有足够的强度，可以承担骑行者和运载货物的重量，以及来自地面的冲击力；前叉通过有上下两组滚珠轴承的前叉合件与车架相联接，前叉在车架上可以灵活转动；车把通过车把中心的斜楔式螺母，用旋紧把心丝杆的办法固定在前叉的主管内，使之与前叉联接成一刚性的转向机构，以提供良好的操纵性能；鞍座通过一根鞍管与车架刚性联接，以承受人体的全部重量，鞍座的高度可根据骑行者的需要调整。

传动部分由脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条和飞轮组成。骑车人的双脚踩动脚蹬，带动曲柄作回转运动，由链轮经链条传到后轴的飞轮而带动车轮旋转。一般自行车的传动速比是固定的，即行程是一个定值。较高级的和特殊需要的自行车都装有不同形式的变速传动机构，常见的有中轴变速、传动链变速和后轴变速三种。

行动部分由前后车轮，通常由前后轴部件、辐条轮辋和轮胎组成。车轮的重量和轮胎的花纹、规格、质量等都影响骑行的轻快性和舒适性；轮辋和轮胎的重量一般尽量减轻，以使骑行轻快；轻质轮辋用铝合金制造，轮辋通过辐条与前后轴联接。

安全装置主要是指制动器，即车闸，其次还有照明设备和鸣号装置等。车闸是保证骑行者人身安全的重要装置，车闸的种类繁多，基本上分为轮缘闸和轴闸两类。轮缘闸是通过机械杠杆、推杆、拉杆或钢丝绳等，直接将高摩擦系数的闸皮压向轮胎或轮辋，以使车轮制停的机构；轴闸是用各种方式来制停轴壳的机构，这种车闸不受轮缘不正的影响，制动过程柔和平稳。

照明和反射装置是自行车夜间安全行车的重要装置。照明装置利用蓄电池或发电机为骑行者照亮前方道路，有一定的照明亮度要求；反射装置是一种防护装置。受其他机动车辆的前灯照射时，它能反射出光亮，提醒对方注意。

自行车正向着轻(重量轻、骑行轻)、新(多品种、新款色、能拆卸、可折叠)、牢(高强度)、廉的方向发展。自行车的造型和外观要进一步趋向细腻、造型美观、色彩鲜艳和协调。

例如：娱乐、体育锻炼和竞技用的越野性自行车，强度高、轮径小、轮胎断面粗、胎面带有大齿爪、不怕撞、不怕摔、越野性能好，已成为广大青少年喜爱的体育用品；成年人野外旅游用的山地式自行车使用条件更为宽广，因此就要求更为轻便、耐用，还要装有变速装置；高速公路竞赛车则向流线型和更轻重量方向发展。

　

自行车在我国是很普及的代步和运载工具。在它的“身上”运用了许多力学知识，　　　1．测量中的应用
　　在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。
　　2．力和运动的应用
　　 (1)减小与增大摩擦。
　　车的前轴、中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。
　　多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎，车把手塑料套，蹬板套、闸把套等。变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。
　　 (2)弹簧的减震作用。
　　车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。
　　 3．压强知识的应用
　　 (1)自行车车胎上刻有载重量。如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。
　　 (2)座垫呈马鞍型，它能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强，使人骑车不易感到疲劳。
　　 4．简单机械知识的应用
　　自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离，还使用了轮轴：脚蹬板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。
　　 5．功、机械能的知识运用
　　 (1)根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“S形”路线就是这个道理。
　　 (2)动能和重力势能的相互转化。
　　如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，就容易上去些，这里是动能转化为势能。而骑车下坡，不用蹬，车速也越来越快，此为势能转化为动能。
　　 6．惯性定律的运用
　　快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮为什么会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性定律，人和后轮要保持继续向前的运动状态，所以后轮会跳起来。
　　切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故！

自行车轮受到的磨擦力的方向

  自行车与汽车相类似，当后轮吃到动力--自行车是用脚蹬踏脚板，汽车是靠发动机传来的动力，使后轮向前进方向转动，它们的轮子在与地面的接触处，相对于地面的运动方向是向后的，这样一来，地面对车轮产生了一个阻碍车轮向后滑动的而方向向前的摩察力，正因为有了这个摩察力，才使得自行车也好，汽车也好能够前进，如果你把车子的后轮填高让它离开地面，你用再大的劲去蹬踏板，后轮转得再欢，车子也不会前进半步，所以后轮受到的方向向前的摩擦力其实质是驱动车子前进的动力；那么前轮的情况如何呢？设想把前轮，用刹车制动，即不让它转，这样由于车身前进，它将跟车身一起向前滑动，于是前轮跟地面的接触点相对地面有向前滑动的趋势，这样的话，地面对前轮产生了一个阻碍车轮向前滑动的方向向后的摩擦力，也正因为前轮受到方向向后的摩擦力，所以前轮才转动了起来。再有，一旦后轮的动力切除，后轮的情况变得跟前轮的情况一样，所受的摩擦力方向马上变成了向后，对这一点也应引起注意。

自行车向前走还是向后走？
  用手轻轻扶着自行车，将一侧车蹬子置于最低处，然后向后拉车蹬，问自行车会向前走还是向后走。

　　问题背景材料：如果用手抓住车座或车把向后用力，自行车肯定向后走，如果人在车上将处于最低处的车蹬向后蹬，自行车肯定向前走。那么人站在地面上向后拉车蹬会怎样呢？答案只有三种：向前、不动、向后，到底哪一个对呢，你亲自做一下实验就知道了，我相信结果会令你大吃一惊的。出现这种结果的原因又是什么呢？

　　自行车将向后走。

　　这道题做一下实验就能得出正确答案，关键是为什么？从直观上感觉，向后拉自行车的蹬子，牙盘会向前方向转，从而带动自行车向前走，实际上不这么简单。假设向后拉车蹬的力为F，车蹬臂为L，后轮半径为R，那么：F对于自行车产生向前运动的力矩为：F×L F力传递到后轮后产生向后运动的力矩为：F×R，隐含条件L＜R所以向后运动的力矩大于自行车向前的力矩，所以自行车将向后走。

作者: 独自演1绎 时间: 2012-6-20 11:04
反正我看了是不相信

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