自行車中的物理原理

1、-小組成員；陳自見.陳仕云.萬博.譚楚嫣.殷英.彭雯倩 課題背景；自行車，這在生活中隨處可見的便捷的交通工具，給我們的生活帶來了巨大的好處，幾十年前，中國便是有“自行車之國”的稱號，而現在的我們的同學也有不少是騎自行車。一定有很多同學認為自行車就是兩個輪子一個車架的再簡單不過的交通工具，但是又有多少人知道自行車中的物理原理呢？隨著時代的發(fā)展，功能不斷強化的自行車與我們見面了，“簡單”的自行車變得不簡單起來課題的目的和研究意義 1.自行車發(fā)展史：原始自行車，上世紀的自行車與現在的高科技自行車的相同的原理和不同功能，給人們的生活帶來的便捷。 2.自行車不同部位的不同功能，以及蘊含其中的不同物理原理

2、。（重點） 3.對自行車未來的猜想，構思，自己大膽設計一輛能夠在未來行駛的自行車。 研究方法；上網查找文獻資料，實地研究 計劃訪問對象：學生，自行車愛好者 可行性分析；幾十年前，中國便是有“自行車之國”的稱號，而現在的我們的同學也有不少是騎自行車，也便于我們的研究。 預期成果；幻燈片，書面報告，論文。 表達形式；幻燈片研究內容范圍原始自行車，上世紀的自行車與現在的高科技自行車的相同的原理和不同功能 自行車不同部位的不同功能，以及蘊含其中的不同物理原理。對自行車未來的猜想，構思，自己大膽設計一輛能夠在未來行駛的自行車?；顒硬襟E；分四個階段實施 階段一： 時間：8月3日 主要任務：確定研究方向 制

3、定研究計劃 階段目標：制定完整研究計劃 階段二： 時間；8月5日 主要任務：進行研究，收集資料 階段目標：為下一步整合分析準備 資料，完成大部分研究報告 階段三： 時間：8月7日 主要任務；對調研報告做最終修改 同時制作課件 階段目標；完成調研報告與課件 結束研究活動如圖所示，如圖所示，左邊左邊這種一個輪子大一個這種一個輪子大一個輪子小的便是自行車鼻祖了，最開始輪子小的便是自行車鼻祖了，最開始的自行車沒有鏈條沒有車蹬，只有兩的自行車沒有鏈條沒有車蹬，只有兩個輪子和一個車架，人們騎在中間的個輪子和一個車架，人們騎在中間的車架上靠雙腳與地面搓動，產生靜摩車架上靠雙腳與地面搓動，產生靜摩擦力，擦力，

4、“推動推動”自行車前行，這當然自行車前行，這當然是十分麻煩的。所以后來人們在一步是十分麻煩的。所以后來人們在一步一步的實踐與改進中發(fā)明了近現代的一步的實踐與改進中發(fā)明了近現代的自行車自行車現在，自行車已經成了一項運動，各種現在，自行車已經成了一項運動，各種不同的功能的自行車在不同的環(huán)境下應不同的功能的自行車在不同的環(huán)境下應運而生，如適合比較崎嶇路況的山地自運而生，如適合比較崎嶇路況的山地自行車，適合比較平直公路的公路自行車，行車，適合比較平直公路的公路自行車，根據需要，增加一些附件，如支架、衣根據需要，增加一些附件，如支架、衣架、保險叉、擋泥板、氣筒等。另外，架、保險叉、擋泥板、氣筒等。另外，

5、裝有變速機構的運動車、競賽車、山地裝有變速機構的運動車、競賽車、山地車等還裝有變速控制器和前后撥鏈器等。車等還裝有變速控制器和前后撥鏈器等。物理原理（研究結果）1、車架部件是構成自行車的基本結構體，也是自行車的骨架和主體，其他部件也都是直接或間接安裝在車架上的。 一般輻條（.車輪中連接車轂和輪圈的一條條直棍或鋼條）是等徑的，為了減輕重力，也有制成兩端大、中間小的變徑輻條，還有為了減少空氣阻力將輻條制成扁流線型 研究總結部分(關于車架) 但主體離不開其中的三角形的穩(wěn)定性的原理，如果哪輛自行車偏離了這個原理，那么，車架一定會因為承受不住壓力而變形，散架。一般輻條（.車輪中連接車轂和輪圈的一條條直棍

6、或鋼條）是等徑的，為了減輕重力，也有制成兩端大、中間小的變徑輻條，還有為了減少空氣阻力將輻條制成扁流線型 自行車的輻條是讓鋼圈盡可能各個地方受力平衡，避免鋼圈變形，一般斷了輻條后鋼圈會很容易變形，而鋼圈上的輻條數量越多，就是為了更好地固定好鋼圈的形狀，以便于在花式表演或者山地跋涉顛簸時受力更加均勻，展示出更高的車技和車輛的抓地能力 2、外胎：分軟邊胎和硬邊胎兩種。軟邊胎斷面較寬，能全部裹住內胎，著地面積比較大，能適宜多種道路行駛。硬邊胎自重輕，著地面積小適宜在平坦的道路上行駛，具有阻力小，行駛輕快等優(yōu)點。 外胎上的花紋是為了增加與地面的摩擦力。山地自行車的外胎寬度特別寬，花紋較深也是適應越野山

7、地用。 研究總結部分(關于外胎) 外胎上的花紋是為了增加地面的摩擦力。接觸面積越大，摩擦力就越大，這樣車輪與地面之間才不會打滑，自行車才能向前進。山地自行車外胎寬度特別寬，花紋較深也是適應越野山地用。 3、腳蹬部件：腳蹬部件裝配在中軸部件的左右曲柄上，是一個將平動力轉化為轉動力的裝置，自行車騎行時，腳踏力首先傳遞給腳蹬部件，然后由腳蹬軸轉動曲柄，牙盤，中軸，鏈條飛輪，使后輪轉動，從而使自行車前進。因此腳蹬部件的結構和規(guī)格是否合適，將直接影響騎車人的放腳位置是否合適，自行車的驅動能否順利進行。 腳踏：可分為整體式腳踏和組合式腳踏。無論什么款式的腳踏都必須有腳踏面，必須安全可靠，具有一定的防滑性能

8、，可以選用橡膠、塑料或金屬材料制造。腳踏必須轉動靈活。 研究總結部分(關于曲柄) 曲柄這里，運用了一個最基本的物理原理：省力杠桿。力臂是整個曲柄，而阻力臂只有軸承上的一點，也正是因為這樣，人才有力氣踩動踏板，帶動鏈條，讓自行車前進。 4、前叉部件：前叉部件在自行車結構中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導向系統(tǒng)。 轉動車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。 前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質，故前叉部件必須具有足夠的強度等性質。 研究總結部分(關于轉動車把和前叉) 轉動車把和前叉，可以使

9、前輪改變方向，起到了自行車的導向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。車把這里，也采用了一個簡單的杠桿原理，我們實驗過，如果手握住靠近前叉的地方來轉彎，是比較費力的，而且轉彎幅度也比較小，而如果手握車把兩端來轉彎，是比較省力的，而且轉彎幅度也比較大。前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質，故前叉部件必須具有足夠的強度等性質。懸臂梁：梁的一端為不產生軸向、垂直位移和轉動的固定支座，另一端為自由端（可以產生平行于軸向和垂直于軸向的力）。 5、鏈條：鏈條又稱車鏈、滾子鏈，安裝在連輪和飛輪上。其作用是將腳踏力由曲柄、鏈輪傳遞到飛輪和后輪上，帶動自行車前進。 鏈輪：用高強度鋼材制成，保證其達到需要的拉力。

10、 6、飛輪：飛輪以內螺紋旋擰固定在后軸的右端，與鏈輪保持同一平面，并通過鏈條與鏈輪相連接，構成自行車的驅動系統(tǒng)。從結構上可分為單級飛輪和多級飛輪兩大類。 單級飛輪又稱為單鏈輪片飛輪，主要由外套、平擋和芯子、千斤、千斤簧、墊圈、絲擋幾鋼球等零件組成。其單級飛輪工作原理：當向前踏動腳踏是，鏈條帶動飛輪向前轉動，這時飛輪內齒和千斤相含，飛輪的轉動力通過千斤傳到芯子，芯子帶動后軸和后輪轉動，自行車就前進了。 當停止踏動腳踏板時，鏈條和外套都不旋轉，但后輪在慣性作用下仍然帶動芯子和千斤向前轉動，當反向踏動腳踏時，外套反向轉動，會加速千斤的滑動，使“嗒嗒”聲響得更急促。多級飛輪是自行車變速裝置中的一個重要

11、部件。 多級飛輪是在單級飛輪的基礎上，增加幾片飛輪片，與中軸上的鏈輪結合，組成各種不同的傳遞比，從而改變了自行車的速研究總結部分(關于鏈輪飛輪) 鏈輪：用高強度鋼材制成，保證其達到需要的拉力。 其單級飛輪工作原理：當向前踏動腳踏是，鏈條帶動飛輪向前轉動，這時飛輪內齒和千斤相含，飛輪的轉動力通過千斤傳到芯子，芯子帶動后軸和后輪轉動，自行車就前進了。 多級飛輪是在單級飛輪的基礎上，增加幾片飛輪片，與中軸上的鏈輪結合，組成各種不同的傳遞比，從而改變了自行車的速度。陳仕云:1. 2100年納米技術已經非常成熟，可以控制單個原 子的排列，做出各種材料，但尚未成功利用納米技術做出能活的生命體。新一代超強的

12、永久磁石就是納米技術下的產物，比現今的釹鐵硼磁石強幾十倍，永磁懸浮不只是應用在火車上，永磁軸承也應用在自行車上，摩擦力比現今的陶瓷軸承少幾十倍，摩擦力接近零，有極佳的吸收振動效果，使公路車也具有一定越野能力。而且不用上油保養(yǎng)非常耐用。2.鏈條也淘太了，未來的自行車利用液壓來傳遞動力，摩擦力比鏈條低70%，靜音，免維護。3.置于車的骨架，全部采用中空骨的結構，和車胎一樣其內沖上比空氣質量輕，且無污染的氣體，來減輕車體的總重。 陳自見：隨著經濟與高科技的發(fā)展，未來的自行車可能成為“高科技大國”中又一大主力成員，或許現在用的一些高科技設備在不久之后便能在自行車身上看到影蹤 GPS導航儀、自動剎車、遠

13、程感應系統(tǒng)等等都會被應用。亦或許，以后的自行車不再單單是雙輪，可以變成有靠背椅的自動平衡重力感應的單輪自行車，畢竟現在的自行車在某些場合中仍顯得不夠輕盈。目前，對許多殘疾人來說自行車認識一個可望而不可即的夢想，說不定在以后的自行車上能夠安裝一個有利于腿部殘疾的殘疾人的自動旋轉踩踏的平衡助推儀，只需要一點點的太陽能來發(fā)動儀器，這樣在未來，自行車能夠更全面的幫助人們。 萬博： 首先，動力系統(tǒng)的改進是必須的。在降低磨損所帶來的消耗的同時，我們可以加一些輔助的動能。當然，一定要環(huán)保，所以使用氫能或者太陽能是最好的。并且在改進的同時不能削弱自行車原本的鍛煉效果，所以可以設置輔助動能開啟的最低速度，并且開

14、啟后五秒不踩踏則自動關閉輔助動能系統(tǒng)。 其次，在安全方面也可以改進下?？梢栽谧孕熊嚿霞右粋€保護裝置（折疊式的，減小占有空間），在自行車收到劇烈撞擊時自動保護騎行者。 在控制方面，也可以采用更為先進的電腦輔助控制。不想控制時可以切換到電腦控制，利用GPS定位來到達想要到的地方。譚楚嫣：我們只是想象在未來科技滿足我們的要求下設計出這些符合我們設計原理和科技要求的設備，我們想的是：單車，現在幾乎我們平?？吹降娜慷加墟湕l來完成行駛，但 在這次研究時，出去觀察不同單車時，我們發(fā)現，株洲市現在正在普及的動力單車就沒有鏈條，（差張圖），那么也就不存在在行駛過程中掉鏈的問題了 彭雯倩：如今的2100年，納米技術已經非常成熟，可以控制單個原子的排列，做出各種材料，但尚未成新一代超強的永久磁石就是納米技術下的產物，比現今的釹鐵硼磁石強幾十倍，永磁懸浮不只是應用在火車上 磨擦力方面；永磁軸承也應用在自行車上，摩擦力比現今的陶瓷軸承少幾十倍，摩擦力接近零，有極佳的吸收振動效果，使公路車也具有一定越野能力。而且不用上油保養(yǎng)非常耐用。 殷英：對未來自行車的構想：目前世界上已有科學家研究出用電腦波控制機器，我想是否