小小自行车，物理知识多

山东省莱芜市苗山镇常庄中学 刘其波

　　假如把我国比作一个自行车的王国，那么，青少年学生就是这王国中最忠实的臣民。无论是晴空万里，还是风雨交加，我们骑着这心爱的坐骑，奔驰在上学和放学的路上。作为我们出行的好伙伴，我们喜欢它，爱护它。自行车也很神奇，从它的构造和使用过程中，可以发现许多与物理有关的知识，不信请看。

1、稳定性的知识

　　自行车之所以在行驶过程中不会倾倒，主要得益于物理学原理的应用。大家知道，凡是高速转动的物体，其转动方向会保持不变，物体便不会倾倒，这同旋转的陀螺不会倾倒是一个道理。我们骑自行车是在前进的方向上给自行车一个力，使车轮转动起来，车轮就能保持在一种平衡状态，在利用车把转动加以调节，自行车就可以往前行进了，一旦停下来，这种平衡没了，自行车就会倾倒。

　　2、摩擦力知识

　　（1）启动、行驶过程中的摩擦力

　　当自行车启动或行驶时，在链条驱动下，后轮逆时针转动，轮胎与地面接触处相对于地面有向后运动的趋势，故地面对后轮施加向前的摩擦力，该摩擦力是自行车向前运动的动力。在此力的作用下，自行车整体具有向前运动的趋势，自行车的前轮胎于地面接触处具有向前运动的趋势，则地面对前轮产生向后的摩擦力，在该摩擦力的作用下，前轮便沿着后轮相同的方向转动起来，自行车向前运动，因此，人们也将后轮称为主动轮，前轮称为从动轮。当下雨或下雪天，地面摩擦力变小，自行车很容易摔倒，即平常说的打滑，其道理就在于此。自行车上轮胎上凹凸不平的花纹，就是为了增大摩擦力。

　　（2）刹车过程中的摩擦力

　　摩擦力不仅关系到自行车的启动，对自行车的制动也非常关键。如果刹车性能不好，骑车人的安全就得不到保障。人捏刹车柄，使刹车线带动刹车块与轮胎靠紧，产生摩擦力，使自行车减速，最终停下来。摩擦力的大小取决于压力的大小和接触面的粗糙程度。以恒定的速度驾驶同一自行车、刹车力越大，摩擦力越大，自行车制动的越快；说明压力越大，产生的摩擦力越大。新、旧两辆自行车，在相同的速度下，用近似相同的力捏刹车柄，新车制动快，原因是旧车的刹车块和车胎磨得比较光滑，产生的摩擦力很小。

　　另外在自行车的手把、脚踏板、等处，做有凹凸不平的花纹这也是通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦。

　　3、减震系统

　　自行车装有减震器。自行车共有5个地方进行了减震处理：三脚架、鞍座、车头和前后轮胎，其中三脚架、鞍座、车头运用弹簧减震，车身则靠轮胎减震。自行车震动时，整个车身具有了形变性，使人落下时与车身接触的时间增长，受力变小，提高了舒适性。好比人从高处跳到水泥地上，脚会感到疼，如果在地面上铺上软垫，人再往下跳，即使是相同高度，感觉也不会那样剧烈。通过减震不仅使骑车人感到舒适，也减少了自行车的磨损。

　　4、压强知识

　　(1)自行车车胎上刻有载重量。如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。

　　(2)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所受压强，使人骑车不易感到疲劳。

　　（3）在夏天车轮气打足，则轮胎在强烈的阳光照射下，往往会爆胎，这是因为轮胎中气体在阳光照射下，吸收热量，温度升高，受热膨胀，压强增大，故车胎易爆。

　　（4）气门芯的作用：充气内胎上的气门芯，起着单向阀门的作用，只让气体进入，不让气体外漏，方便进气，保证充气内胎的密封。

　　5、简单机械的知识

　　（1）杠杆知识

　　A、控制前轮转向的杠杆：自行车的车把，是省力杠杆，人们用很小的力就能转动自行车前轮，来控制自行车的运动方向和自行车的平衡。
　　B、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较大的压力压到车轮的钢圈上。

　　（2）轮轴知识

　　A、中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴（脚蹬半径大于花盘齿轮半径）。
　　B、自行车手把与前叉轴：组成省力轮轴（手把转动的半径大于前叉轴的半径）。
　　C、后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴（齿轮半径小于后轮半径）。

　　6、功、机械能的知识运用

　　(1)根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“S形”路线就是这个道理。

　　(2)动能和重力势能的相互转化。

　　如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，就容易上去些，这里是动能转化为势能。而骑车下坡，不用蹬，车速也越来越快，此为势能转化为动能。

　　7、惯性定律的运用

　　快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮为什么会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性定律，人和后轮要保持继续向前的运动状态，所以后轮会跳起来。

　　切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故！

　　8、光学知识

　　自行车上的红色尾灯，不能自行发光，但是到了晚上却可以提醒汽车司机注意。因为自行车的尾灯是由很多蜂窝状的“小室”构成的，而每一个“小室”是由三个约成90度的反射面组成的。这样在晚上时，当后面汽车的灯光射到自行车尾灯上，就会产生反射光，由于红色醒目，就可以引起司机的注意。人面对车铃，会看到自己的像，这是因为车铃盖形状相当于一个凸面镜，人看到的是因反射而成的正立缩小的虚像。