自行车中的物理原理研究报告.DOC

“自行车中的物理原理研究报告 课题组成员：梁程 黄荣达 李允思 陈伙健 曾玲 指导老师：曾树元 ? 摘要： 中国是自行车王国，自行车是生活中重要的代步工具。自行车虽然简单，但其中蕴涵了许多物理原理。我组成员对此很感兴趣，经过对自行车基本结构的了解之后，我们着重从以下三个方面进行研究：1.刹车中的物理原理；2.上坡时不同行进路线与费力状况的关系；3.变速齿轮中的物理原理。 一、自行车的历史 自世界上第一辆自行车问世至今已有200多年的历史了。　　18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车。这辆最早的自行车是木制的，其结构比较简单，既没有驱动装置，也没有转向装置，骑车人靠双脚用力蹬地前行，改变方面时也只能下车搬动车子。即使这样，当西夫拉克骑着这辆自行车到公园兜风时，在场的人也都颇为惊异和赞叹。 1817年，德国人德莱斯在法国巴黎发明了带车把的木制两轮自行车。这是世界上第一批真正实用型的自行车。 在20世纪,亚洲的中国获得了前所未有的普及和发展。现在中国的自行车产量、消费量、出口量均居世界第一。中国老百姓拥有5亿多辆自行车。年出口达到2000万辆。从某种意义上来说，中国是一个自行车的王国。每天清晨和落日时分，滚滚车流在中国的城市中碾动，这是最为壮观的一道风景，这是一条现代中国流动的长城。 二、 自行车的基本结构 自行车结构虽不复杂，但是每一部分的设计都有着丰富的物理原理。要研究自行车，首先要研究的便是自行车的基本结构。下面，我们通过图文结合的方式来了解下自行车的基本结构。 自行车的整体结构 以上这些结构当中的物理原理不计其数，在这里我们举了以下三个例子： 1、? 自行车的车座为何设计成马鞍型？ 答：因为这样可以增大人与车座的接触面积，减小车座对人的压强，人骑车时感到舒服，骑车不易感到疲劳。 2、? 车坐下的弹簧有什么作用？ 答：弹簧可以起到减震作用。 3、? 自行车的手把、脚踏板、轮胎等处，为什么会做有凹凸不平的花纹？ 答：这些凹凸不平的花纹可以通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦。 三、 刹车中的物理原理 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。 我们的实验过程如下： 首先，我们选取了一块水平路面，并在地上画一根线作为记号。实验时我们让自行车在通过这根线时开始刹车。通过测量自行车的刹车痕迹来判断不同情况下的刹车状况。 ①第一组我们模拟的是不按刹车的情景。实验中，我们可以看到实验者骑自行车经过这根线时没有按下刹车，由于自行车具有初速度，所以会因为惯性继续向前运动。此时，自行车又受到地面滚动摩擦力的影响，在行驶了一段距离后，速度逐渐减慢，直至停止。 ②第二组我们模拟的是按前刹车的情景。实验中，我们可以看到实验者骑自行车经过这根线时按下前刹车，由于前轮为从动轮，两轮会同时被卡住。此时，两轮受到的摩擦力由滚动摩擦变为滑动摩擦，在很短的时间内停下来。 ③第三组我们模拟的是按后刹车的情景。实验中，我们可以看到实验者骑自行车经过这根线时按下后刹车，由于后轮为驱动轮，所以只有后轮会被卡住。此时，后轮受到滑动摩擦力，而前轮受到滚动摩擦力，自行车仍能在很短时间内停下来。 在实验过程中，我们又发现，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．否则后轮会跳起来。这就提醒我们在下坡或高速行驶时，切记不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故。 四、上坡时不同行进路线与费力状况的关系 当我们骑自行车上坡时，我们总希望尽量省力一些。根据功的原理：省力必定费距离。因此对于这个问题，我们小组成员猜想不同的行进路线可能对这个问题有一定的影响。为了探究这其中的物理原理，我们的实验过程如下： ①第一次我们模拟的是沿直线上坡的情景。 ②第二次我们模拟的是沿S形路线上坡的情景。 相比之下，第二次实验时的行进路程较第一次长，但是实验者可以明显感到第二次实验时比较轻松。由此我们得出以下结论：根据功的原理，不管行进路线如何，爬上坡顶升高的高度时一样的，但走S行路线所走的路线比较长些，相当于把斜面的长度拉长了，在高度相同的情况下，斜面越长越省力，所以走S 行路线省力些。 同时，在实验过程中，我们还发现，骑自行上坡过程