自行車中包含的物理知識有哪些?雖然自行車結構簡單,方便實用,但其中涉及到很多物理知識,包括槓桿、輪軸、摩擦、壓強、能量的轉化等力學、熱學及光學知識,下面讓我們具體來分析一下。
一、力學知識
1、摩擦方面:
(1)自行車車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些花紋,增大接觸面粗糙程度,增大摩擦力。
(2)車軸處經常上一些潤滑油,以減小接觸面粗糙程度,來減小摩擦力。
(3)所有車軸處均有滾珠,變滑動摩擦為滾動摩擦,來減小摩擦,轉動方便。
(4)剎車時,需要纂緊剎車把,以增大剎車塊與車圈之間的壓力,從而增大摩擦力,
(5)緊蹬自行車前進時,後輪受到的摩擦力方向向前,是自行車前進的動力,前輪受到的摩擦力方向向後,是自行車前進的阻力;
自行車靠慣性前進時,前後輪受到的摩擦力方向均向後,這兩個力均是自行車前進的阻力。
(1)一般情況下,充足氣的自行車輪胎著地面積大約為
s=2×10cm×5cm=100×cm2,當一普通的成年人騎自行車前進時,自行車對地面的壓力大約為f=(500n+150n)=650n,可以計算出自行車對地面的壓強為6。5×104pa。
(2)在車軸擰螺母處要加乙個墊圈,來增大受力面積,以減小壓強。
(3)自行車的腳踏板做得扁而平,來增大受力面積,以減小它對腳的壓強,
(4)自行車的內胎要充夠足量的氣體,在氣體的體積、溫度一定時,氣體的質量越大,壓強越大。
(5)自行車的車座做得扁而平,來增大受力面積,以減小它對身體的壓強。
(1)自行車的車把相當於乙個輪軸,車把相當於輪,前軸為軸,是乙個省力槓桿,如圖3所示。
(2)自行車的腳踏板與中軸也相當於乙個輪軸,實質為乙個省力槓桿。
(3)自行車的飛輪也相當於乙個省力的輪軸。
4、槓桿方面:
自行車的剎車把相當於乙個省力槓桿。
5、慣性方面:
(1)當人騎自行車前進時,停止蹬自行車後,自行車仍然向前走,是由於它有慣性。
(2)當人騎自行車前進時,若遇到緊急情況,一般情況下要先捏緊後剎車,然後再捏緊前剎車,或者前後一起捏緊,這樣做是為了防止人由於慣性而向前飛出去。
6、能量轉化方面:
(1)當人騎自行車下坡時,速度越來越快,是由於下坡時人和自行車的重力勢能轉化為人和自行車的動能。
(2)當人騎自行車上坡之前要緊蹬幾下,目的是增大速度,來增大人和自行車的動能,這樣上坡時動能轉化為重力勢能,能上得更高一些。
(3)自行車的車梯上掛有乙個彈簧,在它彈起時,彈簧的彈性勢能轉化為動能,車梯自動彈起。
自行車的金屬車鈐發聲是由於鈴蓋在不停的振動,而汽笛發聲是由於汽笛內的氣體不斷的振動而引起的。
8、齒輪傳動方面:
線速度和角速度的關係,如圖5所示,設齒輪邊緣的線速度為v ,齒輪的半徑為r,齒輪轉動的角速度為ω,則有v = ωr。
二、熱學知識
在夏天自行車輪胎內的氣體不能充得太足,是為了防止自行車爆胎,因為對於質量、體積一定的氣體,當溫度越高,壓強越大,當壓強達到一定程度時,若超過了輪胎的承受能力,就會發生爆胎的情況。
在日常生活中,自行車的後面都裝有乙個反光鏡,它的設計很巧妙,組它是由三個相互垂直的平面鏡組成乙個立體直角,用其內表面作為反射面,這叫角反射器。當有光線從任意角度射向尾燈時,它都能把光「反向射回」,當光線射向反光鏡時,會使後面的人很容易看到。在夜間,當汽車燈光照到它前方的自行車尾燈上,無論入射方向如何,反射光都能反射到汽車上,其光強遠大於一般的漫反射光,就如發光的紅燈,足以讓汽車的司機觀察到。
四、電學方面
在有些自行車上裝有小型的發電裝置,它利用摩擦轉動,就像我們在實驗室中看到的手搖發電機一樣,發出的電能供給車燈工作,起到一定的照明作用。
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