自行車剎車的工作原理
不管你踩得多快，你總是需要停下來 。自行車上的制動器使用摩擦工作 。盡管現(xiàn)在有些自行車配備了盤式制動器，但許多自行車仍然使用傳統(tǒng)的帶剎車鉗操作的輪輞制動器 。當您踩下剎車桿時，一對橡膠鞋夾在前后輪的金屬內(nèi)圈上 。當制動蹄與車輪牢固摩擦時，它們會將您的動能轉(zhuǎn)化為熱量，從而使您減速 。
自行車車把的工作原理
自行車的車把實際上是一種杠桿 。更長的車把提供杠桿作用，這使得自行車前輪的轉(zhuǎn)動變得更加容易 。雙臂分開得越遠，產(chǎn)生的空氣阻力就越大 。車把的典型外部用于轉(zhuǎn)向，內(nèi)部用于滑動 。
看似簡單的兩輪機器使用動量、力和摩擦力，并將能量轉(zhuǎn)換為讓騎手到達目的地 。無論您是在教授自行車的物理知識還是在使用的簡單機器上上課，都有許多練習可以在自行車上學習 。
總結(jié)
雖然日常生活中，騎自行車對我們來說并不是一件難事，但是蘊含在自行車背后的知識，卻是非常復雜的 。
自行車的運動原理是什么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(zhuǎn)動,鏈輪又通過鏈條帶動飛輪的轉(zhuǎn)動,飛輪進而后輪轉(zhuǎn)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.
通過對自行車的仔細的受力與動力學分析,可以發(fā)現(xiàn),對于自行車來說,勻速運動是不存在的.就拿前輪來分析,由于輪子的對稱性,前輪的質(zhì)心在它的中心,而在運動中,自行車前輪必然會受到地面的阻力,這個力不過前輪的中心,也就是不過前輪的質(zhì)心,而車架通過前軸對前輪的力必然會過質(zhì)心,這樣一來,前論受到的合外力矩必然不會為0,前輪不會勻速的轉(zhuǎn)動.騎自行車的時候,腳也不是一直都在用力蹬腳蹬,當腳用力蹬腳蹬時,車子就會加速,當不太用力時,車子又會減速,實際的騎自行車的過程就是交替地加速減速.
自行車中的各個輪子尺寸不是隨意的,除了從美觀的角度考慮,還要受到物理規(guī)律的制約.現(xiàn)在從物理學的角度對自行車中的各個輪子尺寸作出分析.
假設腳蹬到中軸的距離為R1,鏈輪的半徑為R2,飛輪的半徑R3,后輪的半徑為R4.腳蹬,曲柄,鏈輪的整體轉(zhuǎn)動慣量為I1,飛輪,后輪的整體轉(zhuǎn)動慣量I2.定義自行車速率與腳蹬速率的比值為速率效率.假設腳蹬的速率為V0
由腳蹬與鏈輪的角速度必須相等,飛輪與后輪的角速度必須相等,鏈輪與飛輪的蘇聯(lián)相等可以推出車子的速度V=V0*R2R4/R1R3 [1]
再假設地面給后輪的摩擦力為f,鏈條給后輪的作用力為f‘,人蹬腳蹬的力F.后輪的角加速度為B,前輪的角加速度為B‘
B*R3=B‘*R2
對腳蹬,曲柄,鏈輪的整體,
FR1- f‘R2=I1B’
對飛輪,后輪的整體,
f‘R3- f R4=I2B
解得；F= f*R2R4/R1R3+I1BR3/R1R2+I2BR2/R1R3
我們可以把它分成幾個部分來考慮,克服地面摩擦的力f*R2R4/R1R3,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉(zhuǎn)動慣量的力I1BR3/R1R2,克服飛輪,后輪的轉(zhuǎn)動慣量的力I2BR2/R1R3.
現(xiàn)利用控制變量的思路對自行車中的各個輪子尺寸進行討論.
當其他量一定時,R1越大,克服地面摩擦的力和克服飛輪,后輪的轉(zhuǎn)動慣量的力越小,但是速率效率就越小[即腳蹬的速率一定時,自行車的速率越小],而且R1越大時,I1就會越大,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉(zhuǎn)動慣量的力不一定會變小.
當其他量一定時,R2越大,速率效率就越大,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉(zhuǎn)動慣量的力越小,但是克服地面摩擦的力和克服飛輪,后輪的轉(zhuǎn)動慣量的力就會越大.
當其他量一定時,R3越大,克服地面摩擦的力和克服飛輪,后輪的轉(zhuǎn)動慣量的力就會越小,但是速率效率就越小,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉(zhuǎn)動慣量的力越大.
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