这天轮到小熊骑自行车,天下起了毛毛雨。小熊冒雨骑着玩了一天,车上沾满了泥,他想,反正明天小猴骑,让他去擦吧。
小猴骑着沾满泥的`自行车出去玩,车胎里没有了气也不打,自言自语说:“明天小熊骑,让他去打吧。”
小熊也懒得打气,骑自行车出了门。车轮上的钢丝断了几根,他也不去修配,他自言自语地说:“明天让小猴去修配吧。”
就这样,一辆崭新的自行车很快成了一辆铁锈斑斑的破旧车,骑起来还“吱嘎吱嘎”响个不停,成了一辆只有车铃不响,其它零件都响的“老爷破车”。
小猴埋怨小熊,小熊埋怨小猴,吵得面红耳赤。
自行车上的物理学知识自行车的车架、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、链轮、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。
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。
下面来具体介绍一些与力学知识有关的自行车部件:
1、车架部件是构成自行车的基本结构体,也是自行车的骨架和主体,其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。
车架部件的结构形式有很多,但总体可以分为两大类:即男式车架和女式车架。
车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。为了减轻管重量,提高强度,较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力,有的自行车还采用流线型的钢管。
由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的,车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体,车架部件制造精度的优劣,将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。一般辐条是等径的,为了减轻重力,也有制成两端大、中间小的变径辐条,还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型
2、外胎:分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽,能全部裹住内胎,着地面积比较大,能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻,着地面积小适宜在平坦的道路上行驶,具有阻力小,行驶轻快等优点。
外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。山地自行车的外胎宽度特别宽,花纹较深也是适应越野山地用。
3、脚蹬部件:脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上,是一个将平动力转化为转动力的装置,自行车骑行时,脚踏力首先传递给脚蹬部件,,然后由脚蹬轴转动曲柄,中轴,链条飞轮,使后轮转动,从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适,将直接影响骑车人的放脚位置是否合适,自行车的驱动能否顺利进行。
脚踏:可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面,必须安全可靠,具有一定的防滑性能,可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。
4、前叉部件:前叉部件在自行车结构中处于前方部位,它的上端与车把部件相连,车架部件与前管配合,下端与前轴部件配合,组成自行车的导向系统。
转动车把和前叉,可以使前轮改变方向,起到了自行车的导向作用。此外,还可以起到控制自行车行驶的作用。
前叉部件的受力情况属悬臂梁性质,故前叉部件必须具有足够的强度等性质。
5、链条:链条又称车链、滚子链,安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上,带动自行车前进。
链轮:用高强度钢材制成,保证其达到需要的拉力。
6、飞轮:飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端,与链轮保持同一平面,并通过链条与链轮相连接,构成自行车的驱动系统。从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。
单级飞轮又称为单链轮片飞轮,主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成。
其单级飞轮工作原理: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,自行车就前进了。
当停止踏动脚踏板时,链条和外套都不旋转,但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动,这时飞轮内齿产生相对滑动,由此将芯子压缩到芯子的槽口内,千斤又压缩了千斤簧。当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时,千斤簧被压缩得最多,再稍微向前滑一点,千斤被千斤簧弹到齿根上,发出“嗒嗒”的声响。芯子转动加快,千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动,发出“嗒嗒”的声音。当反向踏动脚踏时,外套反向转动,会加速千斤的滑动,使“嗒嗒”声响得更急促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。
多级飞轮是在单级飞轮的基础上,增加几片飞轮片,与中轴上的链轮结合,组成各种不同的传递比,从而改变了自行车的速度
自行车是中国老百姓最常用的交通工具。从自行车的结构和使用来看,它涉及了许多物理知识,现归纳如下:
声的现象:
自行车车铃的把手经过手的拨动,带动了齿轮,齿轮使带有弹簧锤的轴旋转起来,弹簧锤敲打铃盖,车铃就叮铃响。拨动自行车的车铃能发声,是因为振动的物体能发声,用手按住铃盖,铃声振动停止。
光的现象:
自行车的尾灯的反射面由很多红色的立方体直角组,可以把照在尾灯上的光向各个方向反射,使车后各个方向上的人均能看到红色的光,以防止交通事故的发生。
摩擦的现象:
1.车的前轴、中轴、后轴上装有滚动轴承及润滑油,车轮是圆形的,是为了减少摩擦。
2.车外胎、把手塑料套和脚踏板上都刻有花纹,车的把手上有凹槽,是为了增大接触面的粗糙程度来增大摩擦。
3.若车铃不响,是因为轴与齿轮之间的咬合部分太涩了,加几滴油润滑,减小摩擦。
4.车把的塑料套紧套在车把套上,是为了增大与车把套的压力来增大摩擦。
5.刹车时,应用力捏车闸,是为了增大压力来增大摩擦。
6.旋紧自行车各种紧固螺丝,是为了增大压力来增大摩擦。
7.自行车的前轮为从动轮,摩擦力的方向向后,与运动的方向相反。后轮为主动轮,摩擦力的方向向前,与车运动的方向相同。紧急刹车时,轮子与地面的摩擦属于滚动摩擦。
压强的现象:
1.自行车的坐垫呈马鞍型,它能够增大坐垫与人体的接触面积,以减小臀部的压强。
2.脚蹬板很宽,也是为了增大与脚的接触面积,以减小脚部的压强。
3.用橡胶制成的车胎并且打足气,是为了通过减轻压力来减小对地面的压强,同时通过弹力的作用可起缓冲作用。
4.给车胎打气时,越打越费力,车胎越硬,是因为越打里面的气体越多,里面的压强越大。
杠杆的现象:
1.控制前轮转向的杠杆──车把:是省力杠杆,人们用很小的力就能转动自行车前轮来控制自行车运动方向和平衡。
2.控制刹车闸的杠杆──车把上的闸把:是省力杠杆,人们用很小的力就能使车闸以比较大的压力压到车轮的钢圈上。
3.支持人重和货重的杠杆──三角杠、货架、前叉、后三角杠:用以形成车重和承重。
4.中轴上的脚蹬和花盘齿轮:组成省力轮轴,因为脚蹬半径大于花盘齿轮的.半径。
5.自行车手把与前叉轴:组成省力轮轴,因为手握把外的半径大于前叉轴的半径。
6.自行车后轴上的齿轮和后轮:组成费力轮轴,因为齿轮的半径小于后轮的半径。
电的现象:
自行车前轮旁边的照明灯能发光,因为内部有旋转磁极式发电机,圆形磁体的轴与前轮摩擦转动而产生感应电流。电流通过小灯泡的灯丝而发光,把小灯泡放在凹面镜的焦点处,起到会聚作用,增加灯的亮度。
热的问题:
1.夏天,将自行车车胎中的气打得足足的,若停在烈日下,车胎会爆裂。因为在烈日下,车胎内的气温升高,压强增大,当压强增大到超过车胎所能承受的最大压强时,车胎会爆裂。
2.用打气筒给自行车车胎打气时,不一会儿气筒壁就会热起来,是因为打气筒的活塞压缩气体做功,气体内能增加,气体内能传给筒壁,使筒壁温度升高。同时打气过程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功过程,也使筒壁内能增加,温度升高。
惯性及能的知识:
骑自行车行驶时,当不用力蹬脚蹬板时,自行车还会继续向前运动是由于惯性的原因。另外,骑自行车飞跃障碍物时,落地时,应先使后轮着地,防止因为具有惯性而翻车。而当骑自行车上坡时,都应先加紧用力蹬几下,目的是为了增大速度,以获得更大的动能,来转化更多的重力势能,升的更高一些。
力的知识:
自行车坐垫下的有许多弹簧,主要的通过缓冲作用减小震动。
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