自行车上的力与机械

一、自行车上的摩擦

 

（一）增大有益摩擦和减小有害摩擦的方法

 

自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多。自行车上增大有益摩擦的方法大抵有两种：1、增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。自行车很多地方都采用了第一种方法来增大摩擦──增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的。例如：

 

 

自行车也有一些地方是采用第二种方法---增大压力的方法来增大摩擦，如自行车上用来固定零件的螺丝和螺帽必须要悬紧，以增大压力，增大摩擦力，防止螺帽脱落。自行车刹车时要用力，以增大闸皮和车圈之间的压力，增大摩擦力，尽快使车停止。

 

 

自行车上减少有害摩擦的方法大抵也有两种：1、利用滚动摩擦来减少摩擦；2、给某些部件加润滑剂来减少摩擦。采用第1种方法来减少摩擦的有：有车轮处装有钢铁制的滚动轴承，内有很多小钢珠。；采用第2种方法来减少摩擦的有：在转轴中经常上涂润滑油。后来经过询问和研究，发现不止是车轮的轮轴处有钢珠，凡是能转动地方大部分都有。如：车头、脚蹬、中轴、后轮的飞轮等内部都有钢珠。

 

 

摩擦力是非常重要的。如果没有了摩擦力，人骑车时手脚经常从把手和脚踏上滑下来，自行车刹车失灵，一旦行驶就停不下来。就算你要把自行车的零件拼装一辆完整的自行车也很难：因为自行车各部件的组合，都需要用螺丝、螺帽来固定，而没有了摩擦力，螺丝、螺帽就无法去固定那些零件了，因而也就无法用那些零件来拼装成完整的自行车了。另外，自行车的运动也是靠的摩擦力。如果没有摩擦力，自行车就会在原地打滑。

 

（二）自行车的启动和刹车

 

自行车是怎样利用摩擦启动的呢？当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车的车轮与路面之间有摩擦，后轮受到的摩擦力向前，前轮受到的摩擦力向后。当后轮受到摩擦力大于前轮受到的摩擦力时自行车就能启动起来。

 

那在行驶过程中两轮不都向前转吗？摩擦力方向怎么会不一样呢？这是因为，后轮是动力轮，骑车时脚用力蹬脚蹬，使后轮转动，但是轮子的接触面和地面之间没有相对运动，所以一直都是静摩擦力，不是滑动摩擦。当后轮转动时，后轮和地面的接触的地方，就相对于地面有向后运动的趋势，所以后轮就会受到地面对它向前的摩擦力。(这里的原理跟人走路时脚受到的摩擦力方向一样);前轮原来的状态是静止的,由于车身的推动,使前轮相对于地面运动方向也向前,所以受到地面对它向后的摩擦力。因此，前轮是阻力轮，它受到的摩擦力阻碍车的运动。当后轮受到的向前的摩擦力大于前轮受到的向后的摩擦力时，自行车就能由静止变为运动，或加速运动。当两个力大小相等时，自行车作匀速运动。

 

那么，刹车以后，自行车为何能停止运动？刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果骑车太快，紧急刹车时，后轮受到闸皮的摩擦力停止了运动，由于惯性，自行车还会继续向前运动。这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力（原来为滚动摩擦，方向向前），方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。

 

二、自行车上的简单机械

 

（一）自行车上的杠杆

 

自行车上也有很多的杠杆元件。首先是控制刹车闸的杠杆。它的省力杠杆主要是车把上的闸把，其阻力臂很短，动力臂很长，用很小的动力就能使车闸以较大的压力压到车轮的钢圈上。其次是控制前轮转向的杠杆。这就是自行车的车把，它也是一种省力杠杆（轮轴）。可以设想一下，如果没有车把，前叉只有一根直立的铁棒，控制前轮转向就将十分困难。

 

 

（二）自行车上的轮轴

 

自行车上还有两处使用了轮轴。

 

 

一处是中轴上的脚蹬和大齿轮。这种轮轴的轮半径大于轴半径，是省力的轮轴。另一处是后轴上的小齿轮和后轴。这种轮轴的轴半径大于轮半径，是种费力杠杆。这两种轮轴配合起来使用，总的效果就是费力、省距离。脚蹬子蹬一圈，后轮沿地面走的距离比较长。

 

（三）链条和齿轮的传动

 

使两个轮轴配合动作的是大小两个齿轮之间的链条，它将人在中轴上用过的动力和后轮的阻力联系在一起。每个齿轮与各节链条之间的也对应，大齿轮转过一个小齿，小齿轮也一定转过一个齿。齿轮与链条之间的作用力大，使后轮能克服较大的阻力。

 

现在新型自行车中轴和后轴上的齿轮比较多。根据每个齿轮对应转的关系，选择不同齿数的齿轮通过链条连接，两轴转的快慢关系就会改变，所以又叫变速车。