自行車的受力分析現(xiàn)在是1頁\一共有24頁\編輯于星期日自行車與生活

自行車是我們?nèi)粘Ｉ钪袠O其

常見的一種交通工具。

據(jù)統(tǒng)計目前中國有大約七億輛自行車。

騎自行車是當(dāng)下戶外活動的熱門交通方式，它不僅有益身心健康，更體現(xiàn)了環(huán)保、自然的生活理念。簡單的自行車中含有許多的物理知識，現(xiàn)在我們將對自行車做受力分析?，F(xiàn)在是2頁\一共有24頁\編輯于星期日工作原理

在我們蹬腳踏時，我們的蹬力帶動前齒輪轉(zhuǎn)動。前齒輪帶動車鏈轉(zhuǎn)動，車鏈又帶動后齒輪轉(zhuǎn)動，再由后齒輪帶動后輪轉(zhuǎn)動。后輪轉(zhuǎn)動時，受到向前的摩擦力作用，推動自行車前進(jìn)?，F(xiàn)在是3頁\一共有24頁\編輯于星期日不同狀態(tài)時的受力分析五種狀態(tài)的受力分析現(xiàn)在是4頁\一共有24頁\編輯于星期日狀態(tài)一：靜止

人與車的重力與地面對車的支持力平衡?，F(xiàn)在是5頁\一共有24頁\編輯于星期日

自行車的前后輪都相對于地面作純滾動，但是它們受力情況不同。人騎車時，前后輪的受力現(xiàn)在是6頁\一共有24頁\編輯于星期日

后輪作為主動輪，是整個車體的驅(qū)動部分。其受力分析如下圖所示：后輪

后輪在車軸的部分有一個經(jīng)過傳導(dǎo)得到的來自于人的力偶M1；地面對車輪的力系是一個平面力系，可以簡化為一個力偶M2，以及滾動摩擦力FS，因為摩擦力的方向是與物體相對運動趨勢相反,主動輪動起來時,輪子最下面一點與地面接觸.此點相對于地面來說是向后運動的，所以地面給后輪的滾動摩擦力向前,這個滾動摩擦力FS就是推動整個車向前的動力。圖2現(xiàn)在是7頁\一共有24頁\編輯于星期日前輪

對前輪進(jìn)行受力分析。如下圖所示：

前輪作為從動輪本身不會自發(fā)

運動,但后輪動了，整個車身必然向前動起來(包括不會自發(fā)運動的前輪)。因為地面不會動,那么前輪相對地面來說向前運動，所以地面給前輪的摩擦力向后。圖3現(xiàn)在是8頁\一共有24頁\編輯于星期日狀態(tài)二：起動

起動（或加速）時，輪速大于車速，后輪是自行車前進(jìn)的動力來源，所以后輪是主動輪。在接觸面，后輪相對于地面向后運動，所以摩擦力向前，后輪和車會做加速運動。前輪是從動輪，受到的摩擦力向后。現(xiàn)在是9頁\一共有24頁\編輯于星期日狀態(tài)三：勻速前進(jìn)

勻速時，車受力平衡。人踩的力和車輪與地面的摩擦力相互抵消。后輪與地面相對向后運動，所以摩擦力向前。前輪作為從動輪，摩擦力向后。前后輪受到的摩擦力大小相等，方向相反?，F(xiàn)在是10頁\一共有24頁\編輯于星期日狀態(tài)三：勻速爬坡

勻速前進(jìn)的水平方向

爬坡過程

下坡的垂直斜面方向選擇性綜合 具體分析留給有興趣滴孩紙~~現(xiàn)在是11頁\一共有24頁\編輯于星期日狀態(tài)四：下坡

下坡不踩踏板

當(dāng)騎行者不再踩踏板的時候，后輪的速度小于車速。因此，后輪隨車的向前運動而轉(zhuǎn)動，兩個輪子都變成了“從動輪”。在接觸面，后輪與地面相對向前運動，所以摩擦力方向向后。前輪始終向后?，F(xiàn)在是12頁\一共有24頁\編輯于星期日前后輪所受摩擦力均向后，故整個車體受到的摩擦力為與運動方向相反的阻力。滑下過程中 現(xiàn)在是13頁\一共有24頁\編輯于星期日狀態(tài)五：剎車

日常生活中，常有騎自行車的人在急剎車時車體出現(xiàn)前翻、打橫、或前翻與打橫的現(xiàn)象。特別對剛學(xué)會騎自行車的人在北方冬天較光滑的冰雪路面更是難于行駛。這些現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的，又該怎樣避免呢？

我們試圖對剎車時的現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)分析，希望對我們以后騎車有所啟發(fā)．現(xiàn)在是14頁\一共有24頁\編輯于星期日不同剎車方式產(chǎn)生不同現(xiàn)象

在有摩擦的水平面上沿直線行駛時。如果捏前閘，質(zhì)心較高較靠前，地面與車摩擦較大時．車較易前翻；如果捏后閘．質(zhì)心較低，地面與車摩擦較小時，車不易前翻；如果人體相對車不變位置時，捏前閘較捏后閘車更易前翻．

在摩擦較小(如冰雪路面)水平面上，且前后輪不在一直線上前進(jìn)，此時剎車易出現(xiàn)車打橫．捏前閘比捏后閘更易打橫。前后輪軸速度方向的間距(車與路面的摩擦力作用線之間間距)越犬，剎車時更易打橫、放平?，F(xiàn)在是15頁\一共有24頁\編輯于星期日不同剎車方式產(chǎn)生不同現(xiàn)象當(dāng)需要緊急剎車時，如果剎車前閘，身體會受到猛烈的沖擊。若車速很快或者車較輕，自行車還有可能猛甩一下。而剎車后閘則比較平穩(wěn)，震動不大。所以一般推薦使用后閘?，F(xiàn)在是16頁\一共有24頁\編輯于星期日 如把人看成一個系統(tǒng)，分析剎車瞬間的受力情況，如上圖所示。A、B兩點分別受到地面支反力

、

和摩擦阻力

、

的作用。系統(tǒng)質(zhì)心在C點，

為總質(zhì)量，F(xiàn)x為剎車時系統(tǒng)受到的慣性力，則系統(tǒng)的平衡方程為（1）

即具體受力分析現(xiàn)在是17頁\一共有24頁\編輯于星期日剎車前閘 當(dāng)剎車前閘時，假設(shè)前輪突然停止轉(zhuǎn)動即產(chǎn)生滑動摩擦，后輪仍轉(zhuǎn)動，補充方程為：

(2)

(3) 式中

為摩擦系數(shù)。引入?yún)?shù)

，則（3）可變?yōu)楹瑓?shù)

的等式：

（4）

聯(lián)立（1）、（2）、（4），解得

（5）

（6）現(xiàn)在是18頁\一共有24頁\編輯于星期日

剎車前閘時，式（5）中分母有可能為零，從而

趨于無窮大，所以騎車人可以感覺到猛烈的沖擊。

若

,必

＜0，即

＜0，由

，那么

＜0，這意味著后輪不著地，整個系統(tǒng)以A為支點轉(zhuǎn)動，則打橫甩尾，人就有可能被甩出去。

從公式可以看出，若想剎前閘時比較平穩(wěn)，應(yīng)h盡量減小，l盡量增大，同時a也盡量增大。所以設(shè)計自行車都是兩輪間距l(xiāng)較大，坐墊高度h不高，且坐墊靠近后輪，這樣設(shè)計是合理的?，F(xiàn)在是19頁\一共有24頁\編輯于星期日后輪剎車

剎車時，剎皮與車圈間的摩擦力，會阻礙后輪的轉(zhuǎn)動。手的壓力越大，剎皮對車圈的壓力就越大，產(chǎn)生的摩擦力也就越大，后輪就轉(zhuǎn)動的越慢。如果完全剎死，后輪與地面之間的摩擦由滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ亮?，且方向向后，阻礙自行車的運動，因此自行車會停下來。現(xiàn)在是20頁\一共有24頁\編輯于星期日剎車后閘 當(dāng)剎車后閘時，后輪B處發(fā)生滑動摩擦，前輪仍轉(zhuǎn)動，補充方程為

(7)

(8) 引入?yún)?shù)

，則（3）可變?yōu)楹瑓?shù)的等式：

（9） 聯(lián)立（1）、（8）、（9），解得

剎后閘時

，，的分母不可能為零，則為一有限值，所以騎車感覺比較平穩(wěn)現(xiàn)在是21頁\一共有24頁\編輯于星期日寫在最后 篇一我們已經(jīng)分析了自行幾種基本運動狀態(tài)時的受力情況，有興趣的孩紙可對自行車轉(zhuǎn)向，圓周運動，騰空等等較為復(fù)