Question

自行车的科学常识

Answer 1

1.自行车中包含了哪些科学知识
很多。

自行车的主要平衡原理 —— 陀螺原理（物理学）实际上是一种惯性现象。

自行车的动力以及变速原理 —— 经典的主动轮、从动轮、传送带（链条）组成的传动系统。变速是通过改变主动轮和从动轮的大小比例来完成的。

现在主流的刹车部件有两种，一种就是经典的夹器上面带橡胶，通过夹器的收紧，橡胶摩擦车圈让车减速。由于这个部件从截面上看上去像一个倒V形，所以称作V刹。还有就是更先进有效一些的，类似汽车刹车的碟刹。是利用夹器上带有一种利于散热且磨阻较大的物质，通过与车轱辘中轴（花鼓）旁的碟片摩擦，将这种物质尽量均匀的“涂抹”在碟片上，再之后通过收紧夹器，可以获得更大的摩擦力。—— 实际上这里涉及到化学与物理知识。V刹使用橡胶是因为橡胶这种有机物分子结构稳定，分子间力学结构也稳定（当然这里的橡胶是个混合物，里面还加入了碳等物质使其更坚韧），不容易磨损，同时橡胶本身有韧性，摩擦时不容易损坏别的部件。另外，看似两种刹车都是通过摩擦力来减低车速，其实是一种能量的转换：自行车在运动时具有动能，而当刹车时，刹车装置通过摩擦将自行车的动能转化成为另一种能量 - 热。过热对于机械部件的寿命是有影响的（这又涉及了其他的知识），所以上面提到的碟刹上面使用的提供阻力的材料是一种利于散热的物质。而V刹，产生大量的热后，橡胶中的碳元素会“碳化”结晶为碳物质，蹭的车轱辘上面一圈全是黑色。言归正传：这里涉及了材料科学，化学，物理中的能量转换等……

为了提高速度，专业的比赛用竞速单车还会为降低空气阻力而作特别的设计 —— 空气动力学。

为了能让骑行者、比赛者的骑行更加舒适，在车把、车座等还会做特殊设计，比如车座上面的散热孔 —— 人体工程学

车身上漂亮的喷漆涂装涉及化学。

等等……
2.自行车中的科学知识有哪些
1、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？ 答：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，由于惯性，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！

2、自行车下坡时，不再用力蹬车，车一般也会越来越快，这是为什么？ 答：自行车下坡过程是重力势能转化为动能的过程，动能增大，速度也增大。

3、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，这是什么原因？ 答：主要原因：打气筒的活塞压缩气体做功，气体内能增加，气体内能传给气筒壁，使气筒壁温度升高；次要原因：打气过程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功过程，是气筒壁内能增加，温度升高。

4、骑自行车的人在上坡前，往往要用力蹬几下，这样做有什么好处？ 答：骑自行上坡过程是动能转化为势能的过程，上坡前用力蹬几下，增大了车的速度，从而增大了车的动能，上坡过程中，这些动能转化为势能，车子容易爬到坡顶。

5、如果在夏天车气打足，则轮胎在强烈的阳光照射下，往往会爆胎，这是为什么？ 答：轮胎中气体在阳光照射下，吸收热量，温度升高，受热膨胀，故车胎易爆。 6、不再蹬车后，自行车为什么仍能运动？ 答：自行车原来是运动的，当不再蹬时，自行车由于惯性仍保持原来的运动状态，所以自行车仍能运动。

7、紧急刹车时，新的轮胎为什么会在地面上留下一道黑色的痕迹？ 答：刹车时，车轮基本不转动，但由于惯性，车子仍向前滑动，此时轮胎要克服地面摩擦做功，机械能转化为内能，轮胎因温度升高而焦化，所以会在地面上留下黑色的痕迹。

8、骑自行车上坡，走S形路线比较省力，这是为什么？ 答：骑自行车上坡，不管路线如何，爬上坡顶升高的高度时一样的，但走S形路线所走的路线比较长些，相当于把斜面的长度拉长了，在高度相同的情况下，斜面越长越省力，所以走S形路线省力些。

该答案来自极限户外网官方网站
3.
自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具，常见的有普通载重自行车、轻便自行车、山地自行车、童车、赛车、电动自行车等.它结构简单，方便实用，在其中涉及到很多物理知识，包括杠杆、轮轴、摩擦、压强、能量的转化等力学、热学及光学知识.（1）自行车车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，增大接触面粗糙程度，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，转动方便.（4）刹车时，需要纂紧刹车把，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.以上为摩擦方面（1）一般情况下，充足气的自行车轮胎着地面积大约为S=2*10Cm*5cm=100*cm2，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=(500N+150N)=650N，可以计算出自行车对地面的压强为6.5*104Pa.(2)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.（3）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，（4）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）自行车的车座做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对身体的压强.以上为压强方面自行车的车把相当于一个轮轴，车把相当于轮，前轴为轴，是一个省力杠杆自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮轴，实质为一个省力杠杆.（3）自行车的飞轮也相当于一个省力的轮轴.自行车的刹车把相当于一个省力杠杆.惯性方面（1）当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然向前走，是由于它有惯性.（2）当人骑自行车前进时，若遇到紧急情况，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）自行车的车梯上挂有一个弹簧，在它弹起时，弹簧的弹性势能转化为动能，车梯自动弹起.7、声学方面自行车的金属车钤发声是由于铃盖在不停的振动，而汽笛发声是由于汽笛内的气体不断的振动而引起的.8、齿轮传动方面线速度和角速度的关系，如图5所示，设齿轮边缘的线速度为v ，齿轮的半径为R，齿轮转动的角速度为ω，则有v = ωR.二、热学知识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.三、光学知识在日常生活中，自行车的后面都装有一个反光镜，它的设计很巧妙，组它是由三个相互垂直的平面镜组成一个立体直角，用其内表面作为反射面，这叫角反射器.当有光线从任意角度射向尾灯时，它都能把光“反向射回”，当光线射向反光镜时，会使后面的人很容易看到.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，足以让汽车的司机观察到.四、电学方面在有些自行车上装有小型的发电装置，它利用摩擦转动，就像我们在实验室中看到的手摇发电机一样，发出的电能供给车灯工作，起到一定的照明作用。
4.观察家中的自行车,试举出其中的一些科学常识（至少写出4种
1.测量中的运用

在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径是0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率，即约2.33米或2.07米，然后，让车沿这跑道滚动，记下滚动的圈数n则跑道长为2.33n米或2.07n米。

2.力和运动的运用

⑴ 减小与增大摩擦。车的前轴，中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。而在刹车的同时，手用力握紧闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。

⑵ 弹簧的减振作用。车的坐垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小振动

3.压强知识的运用

⑴自行车车胎上刻有载重量。如车载重过量，则车胎受到压强太大而被压破。

⑵坐垫呈马鞍形，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。

4.简单机械知识的运用

自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离，还使用了轮轴：脚踏板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。

5.功和机械能的知识的运用

⑴ 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

⑵ 动能和重力势能的互相转化。如骑车上坡前，人们要加紧蹬几下，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。

⑶ 整体上自行车是费力机械，一般为省距离才骑自行车。顶风骑车比顶风行走艰难，就是因为骑车费的力被“放大”了。

6.前驱和后驱

[1]自行车属于后驱，即后轮驱动，前轮被动。

[2]自行车由于后驱，笔直骑过后的胎痕一条笔直，一条规则弯曲，笔直的为后轮胎痕，弯曲的为前轮胎痕。

自行车上的杠杆

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。

自行车上的轮轴

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）。

自行车上的气压知识。

自行车内胎充气：早期的各种轮子都是木轮、铁轮，颠簸不已。现代自行车使用充气内胎主要是使胎内的压强增大，可以起到缓冲的作用，同时可以减小自行车前进的阻力。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。

自行车上光学知识。

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。

摩擦力的大小跟两个因素有关：压力的大小、接触面的粗糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有凸凹不平的花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是为了防止自行车打滑。
5.自行车是近年来人们常用的一种代步交通工具,从自行车的结构和使
①用力握刹车把手，车停得快---通过增大压力来增大摩擦力.②轮胎是圆形的，轴承中的滚珠的圆形的---用滚动代替滑动减小摩擦力.③转动部分和链条上加润滑油---减小接触面的粗糙程度减小摩擦.④车把、后车架、轮和轴承---杠杆.⑤尾灯---光的反射.⑥铃铛---物体振动发声.⑦停止蹬骑的自行车，能在路面上自由行驶一段距离---自行车具有惯性.答案如下表：（答案不唯一）. 应用举例 相应的科学原理（或道理）举例 自行车轮胎上有花纹 增大物体接触面的粗糙程度，可以增大摩擦1 用力握刹车把手，车停得快 通过增大压力来增大摩擦力2 轮胎是圆形的，轴承中的滚珠的圆形的 用滚动代替滑动减小摩擦力。