自行车是一种简便的交通工具,从它的构造和使用过程中,可发现许多与物理有关的知识。现总结如下以方便师生学习:
一、力学知识
1.摩擦方面
(1)自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹,并且使用摩擦大的材料,增大摩擦力。
(2)车轴处经常上一些润滑油,以减小接触面粗糙程度,来减小摩擦力。
(3)所有车轴处均有滚珠,变滑动摩擦为滚动摩擦,来减小摩擦。
(4)刹车时,用力捏紧车闸,以增大刹车块与车圈之间的压力,从而增大摩擦力。
(5)紧蹬自行车前进时,后轮受到的摩擦力方向向前,是自行车前进的动力,前轮受到的摩擦力方向向后,是自行车前进的阻力;自行车靠惯性前进时,前后轮受到的摩擦力方向均向后,这两个力均是自行车前进的阻力。
2.简单机械
(1)自行车刹车手闸是一个省力杠杆,车后坐的载物夹也是杠杆。脚踏和中轴大齿轮组成一个省力轮轴,后轮上小齿轮和后轮组成一个费力轮轴。车把和前叉也构成省力轮轴。
(2)自行车上坡走S形路线,相当于增加了斜面的长,可以省力,使上坡更容易。
3.运动方面
(1)自行车的速度约为(3-5)m/s。
(2)以树木为参照物,自行车是运动的;以树木为参照物,自行车是向后退的。
4.压强方面
(1)一般情况下,充足气的自行车前、后轮胎着地总面积大约为S=100cm2,当一普通的成年人骑自行车前进时,自行车对地面的压力大约为F=(600N+250N)=850N,可以计算出自行车对地面的压强约为8.5×104Pa。
(2)自行车的车座较宽大,可以增大人与车座的接触面积,减小对人的压强,人骑座时感到舒服。
(3)在车轴拧螺母处要加一个垫圈,来增大受力面积,以减小压强。
(4)自行车的脚踏板做得扁而平,来增大受力面积,以减小它对脚的压强。
(5)自行车的内胎要充够足量的气体,在气体的体积、温度一定时,气体的质量越大,压强越大。
5.惯性方面
(1)当人骑自行车前进时,停止蹬自行车后,自行车仍然前进,是由于它具有惯性。
(2)当人骑自行车前进时,若紧急刹车,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。
6.能量转化方面
(1)当人骑自行车下坡时,速度越来越快,是由于下坡时人和自行车的重力势能转化为人和自行车的动能。
(2)当人骑自行车上坡之前要紧蹬几下,目的是增大速度,来增大人和自行车的动能,这样上坡时动能转化为重力势能,能上得更高一些。
(3)自行车的车支架上挂有一个弹簧,在它弹起时,弹簧的弹性势能转化为动能,车支架自动弹起。
(4)自行车在不平的路面骑行时,车坐下被压缩的弹簧产生弹力,弹簧的弹性势能转化为动能,弹簧起到减震作用。
二、声学知识
(1)自行车的金属车铃发声是由于铃盖在不停的振动。
(2)自行车有些部位零件松动时,骑行时引起振动发生。
三、热学知识
(1)在夏天自行车轮胎内的气体不能充得太足,是为了防止自行车爆胎,因为对于质量、体积一定的气体,当温度越高,压强越大,当压强达到一定程度时,若超过了轮胎的承受能力,就会发生爆胎的情况。
(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。
四、光学知识
(1)自行车的后面都装有一个反光镜,它是由许多角反射器组成的。当有光线从任意角度射向尾灯时,它都能把光“反向射回”。在夜间,当汽车灯光照到它前方的自行车尾灯上,无论入射方向如何,反射光都能反射到汽车上,其光强远大于一般的漫反射光,就如发光的红灯,能引起汽车司机的注意。
(2)自行车铃的金属盖是凸面镜,能成正立、缩小的虚像。
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