12.4跨學(xué)科實(shí)踐：自行車自行車—偉大的人力機(jī)械發(fā)明，自行車的設(shè)計(jì)、制造、使用、保養(yǎng)，處處都有物理學(xué)的身影。200多年來，工程師們利用物理學(xué)、材料學(xué)、人體工程學(xué)等的研究成果不斷對自行車進(jìn)行改進(jìn)，使其從最初的簡單、粗糙，演變?yōu)槿缃竦木?、舒適、多樣。今日的自行車體現(xiàn)了技術(shù)的發(fā)展和人類智慧的長期積累一、自行車的結(jié)構(gòu)自行車主要由支撐系統(tǒng)、輪組系統(tǒng)、變速系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、避震系統(tǒng)等組成。1.輪軸、杠桿方面（1）自行車的車把相當(dāng)于一個輪軸，車把相當(dāng)于輪，前軸為軸，是一個省力杠桿。（2）自行車的腳踏板與中軸也相當(dāng)于一個輪軸，實(shí)質(zhì)為一個省力杠桿。（3）自行車的飛輪也相當(dāng)于一個省力的輪軸。（4）自行車的剎車把相當(dāng)于一個省力杠桿。二、自行車與物理2.壓強(qiáng)方面（1）自行車的腳踏板做的扁而平，來增大受力面積，以減小它對腳的壓強(qiáng)。（2）自行車的車座做的扁而平，來增大受力面積，以減小它對身體的壓強(qiáng)。3.摩擦方面（1）自行車車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車皮處均刻有一些花紋，增大接觸面積粗糙程度，增大摩擦力。（2）車軸處經(jīng)常要滴一些潤滑油，使摩擦面分離，來減小摩擦力。（3）車軸處軸承內(nèi)有滾珠，變滑動摩擦為滾動摩擦，來減小摩擦，使轉(zhuǎn)動方便。（4）剎車時，需要捏緊剎車把，以增大剎車皮與車圈之間的壓力，從而增大摩擦力。（5）蹬自行車前進(jìn)時，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進(jìn)的動力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進(jìn)的阻力；自行車靠慣性前進(jìn)時，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個力均是自行車前進(jìn)的阻力。4.能量轉(zhuǎn)化方面（1）當(dāng)人騎自行車下坡時（停止蹬腳踏板），速度越來越快，是由于下坡時人和自行車的重力勢能轉(zhuǎn)化為人和自行車的動能。（2）當(dāng)人騎自行車上坡之前要緊蹬幾下，目的是增大速度，來增大人和自行車的動能，這樣上坡時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，能上的更高一些。（3）自行車的車梯上掛有一個彈簧，在它彈起時，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，車梯自動彈起。你還能想到自行車有哪些物理知識嗎？聲學(xué)方面--自行車的車鈴光學(xué)方面--自行車的反光鏡自行車架--三角形結(jié)構(gòu)三角形有助于提高自行車的穩(wěn)定性1.觀察一輛自行車，看一看自行車上有哪些簡單機(jī)械。想一想，這些機(jī)械有什么作用？2.觀察自行車的輪胎，看一看輪胎是由什么材料做成的。想一想，這種材料有什么優(yōu)點(diǎn)？為什么自行車輪胎有花紋？3.觀察自行車的各種部件，想一想，哪些設(shè)計(jì)增強(qiáng)了騎行的舒適性？4.觀察自行車是如何傳動的，想一想，為什么自行車比人運(yùn)動得快？觀察①分析：輪胎是由橡膠做成的。②優(yōu)點(diǎn)：首先，橡膠具有出色的耐磨性，這意味著輪胎的使用壽命會更長。其次，橡膠的彈性極佳，作為輪胎材料可以吸收大量振動能量，有助于自行車在行駛過程中保持平穩(wěn)，減輕震動和顛簸感。在驅(qū)動系統(tǒng)中，有兩組簡單機(jī)械，即省力輪軸（中軸上的腳蹬、曲中柄與齒盤）和費(fèi)力輪軸（后軸上的飛輪和后輪）.如圖所示，中軸上的腳蹬和齒盤組成省力輪軸；分析：由于腳蹬半徑大于齒盤半徑，所以作用在腳蹬上的動力F就小于齒盤上的阻力，因此騎行比走路更省力。人騎自行車比走路運(yùn)動快的原因①自行車和走路都是靠摩擦力驅(qū)動的。但是騎車時受到的摩擦力更小。原因是車輪受到的滾動摩擦力比人鞋底受到的靜摩擦力要小得多，根據(jù)P=Fv可知，在功率一定時，阻力越小，行駛的速度越大。②當(dāng)我們在路上行走時，身體的重心是在上下發(fā)生著變化的。如圖所示，人走路時，后腳蹬地重