自行车上的力学知识

《自行车上的力学知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自行车上的力学知识（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 研 究 性 学 习结 题 报 告报告课题 ： 自行车上的力学知识课题组成员 ： 张少华、范慧徐海鹏 郑忠峰课题指导教师： 郭 锐2012 年 3 月 26 日2 内 容 摘 要：通过研究性课题的学习， 我们学会了自己发现问题， 自己解决问题的良好习惯， 大大丰富了我们的思维方法， 提高了我们解决实际问题的能力。 拓宽了课程的外延， 拓展了我们学生学习和体验的领域，能够使我们获得参与探究的亲手体验，激发探究，创新的欲望，了解科学对于自然， 社会与人类的意义和价值； 而且使我们学生关注人类与环境的和谐发展， 形成社会责任感和积极的人生态度。 通过研究性学习，开拓了自己的见识，增强了我们团结协作

2、，社会服务的意识，互助合作的意识同时使我们获得了奉献社会的情感体验。我们为了了解自行车构造上的力学知识，以及解决、探究力学知识的方法， 采用了实际观测、 了解、 询问、 上网查询， 实验观察、调查研究等诸多方法， 来了解自行车上的力学知识的应用， 使我们对自行车的力学知识有了更高、 更明白的认识， 也达到了学而执用的目的。3 五、 自行车上的力学知识（研究过程记录）课题名称 自行车上的力学知识课题组的构成组 长 张少华 导 师 郭 锐组 员 张少华 范慧 徐海鹏 郑忠峰课题选择缘由 运用所学知识探索身边的事物，使知识得到巩固和更深一理的理解课题研究的目的与意义目的：对自行车的解剖以探索其中的物

3、理知识；意义：增强实践能力与动手能力；课题研究的预期成 果 了解自行车上的力学知识并结合物理知识，进一步深究所需场地、设施、器村条件 学 校计划访问人员 物理老师：郭锐课题研究计划活动安排活动时间 活动内容 活动形式1月 15日 -1月 25日 制作开题报告 全组成员1月 25日 2月 5日观察、 思考自行车上的力学知识小组成员2月 5日 2月 10日 查找资料 小组成员2月 10日 -2月 25日 制作中期报告 全组成员4 3月 1日 -3月 15日查找资料， 分组讨论， 解决提出的问题。小组成员3月 15日 -3月 25日 制作结题报告 全组成员小组分工张少华 郑忠峰 制作 PPT、发表、

4、整理、论文范慧 徐海鹏 查找资料、将查到的资料整理徐海鹏 范慧 分类、询问老师、提出问题张少华 设计方案徐海鹏 范慧郑忠峰根据讨论出来的结果设计出一系列的相关活动、 组织安排活动时间、整理结果5 课题名称 自行车上的力学知识组员： 张少华 徐海鹏 范慧 郑忠峰组长： 张少华指导老师： 郭锐研究本课题的意义： 通 过 研 究 性 学 习 ， 我 们 自 己 发 现 问 题 自 己 解 决 问 题 ，大大丰富了我们的思维方法。 通 过 研 究 开 拓 自 己 的 见 识 ， 增 强 团 结 互 助 的 意 识 。研究的目标：课题目标： 通过研究认识并了解自行车上的力学知识，从而改进了自行车上的构造

5、，使人们能更舒适，更方便地使用自行车。研究过程主要活动： 上网查询该课题相关资料，对其有所了解。 对相关知识的讨论与研究。 讨论并选定课题。 根据选定的课题才填写开题报告。 针对课题对自行车上的力学知识展开研究。6 研究中主要困难解决方法：有付出必有回报，我们组员在研究中感到作为研究并非 一件易事，虽然我们填写了开题报告，在网上查询了大量资料，但我们的研究几乎一兴雾水，不切边际问题了了无几，无从下手，所以我们需要全身心的报入研究过程中，积极思考问题查找资料，从而解决问题，得出正确结论。研究方法： 在网上查询资料，访问导师，亲手研究自行车的力学知识。进展情况： 到目前为止，我们对查询找来的资料，

6、进行汇总、分析整理。并且得出初步结论，填写了开题报告，我们准备下阶段把研究落定到实处，并且对资料把集体进行结果汇总，得出最后的结论。初步结论： 通过本次研究，我们认识了自行车上的许多力学知识，认识各个零件的原理，而且还发现自行车上许多常见问题，而且我们尝试着利用所研究的知识，改进自行车上的构造，解决问题这次研究不仅加强了组员之间的协作能力，体现了团结就是力量。更有效的提高了组员们的动手，动脑能力。为以后的学习道路上做成长铺垫。7 正 文1、运动原理自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等 25个部件中，其基本部件缺一不可。其中，车架是自行车的骨架， 它所承受的人和货物的重量最大。 按照各部件的工

7、作特点， 大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统。1.1 导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。1.2 驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。1.3 制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶、确保行车安全。此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了车灯，支架等部件。脚蹬部件： 脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上， 是一个将平动力转化为转动力的装置。 自行车骑行

8、时， 脚踏力首先传递给脚蹬部件， 然后由脚蹬轴转动曲柄、 中轴、 链条飞轮，使后轮转动， 从而使自行车前进。 因此脚蹬部件的结构和规格是否合适， 将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。脚踏： 可分为整体式脚踏和组合式脚踏。 无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面， 必须安全可靠，具有一定的防滑性能。车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。 为了减轻管重量，提高强度，较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力，自行车应该采用流线型的钢管。由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的， 车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、 安全地运载

9、人体的重要结构体， 车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。外胎：分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，8 能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。前叉部件： 前叉部件在自行车结构中处于前方部位， 它的上端与车把部件相连， 车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。转动车把和前叉，可以使前轮改变方向， 起到了自行车的导向作用。此外， 还可以起到控制自行车行驶的作用。 前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件应该具有足够的强度等性质。链轮：应该用高强度钢材制成，保证其

10、达到需要的拉力。飞轮工作原理： 当向前踏动脚踏是， 链条带动飞轮向前转动， 这时飞轮内齿和千斤相含。飞轮的转动力通过千斤传到芯子， 芯子带动后轴和后轮转动， 自行车就前进了。 当停止踏动脚踏板时， 链条和外套都不旋转， 但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动， 这时飞轮内齿产生相对滑动， 由此将芯子压缩到芯子的槽口内， 千斤又压缩了千斤簧。 当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时， 千斤簧被压缩得最多， 再稍微向前滑一点， 千斤被千斤簧弹到齿根上，发出 “ 嗒嗒 ” 的声响。芯子转动加快，千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动，发出 “ 嗒嗒 ”的声音。当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动，使

11、 “ 嗒嗒 ” 声响得更急促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。多级飞轮是在单级飞轮的基础上， 增加几片飞轮片， 与中轴上的链轮结合， 组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度。链条：链条又称车链、滚子链，安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上，带动自行车前进， 应该减少链条的宽度，使它与齿轮紧密接触， 减少掉链的几率。2、自行车的力学知识2.1 运动和力的应用2.1.1 增大和减小摩擦自行车在行驶的过程中，各个相互接触的部件间产生相对运动，这些地方就存在摩9 擦。 手与车把间摩擦、车轮与地面间摩擦、闸皮与车轮间的摩擦等都是有益摩擦。用摩擦系数较大的橡胶

12、制作车把上的胶套， 在胶套上刻上花纹来增大手与车把间摩擦； 在轮胎外壳上刻上花纹来增大车轮与地面间摩擦； ，采用增大压力的方法来增大闸皮与车轮间的摩擦。前轴、中轴、后轴、脚蹬、车把与车架间等各个转动部位的摩擦都属于有害摩擦。减小这些有害摩擦的方法是在转动部位安装轴承， 利用滚动摩擦代替了滑动摩擦； 通过向这些部位加上黄油（钙基润滑脂）或机油进行润滑。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。自行车的外胎，车把手塑料

13、套、踏板套、闸把套等处均有凹凸不平的花纹以增大摩擦，刹车时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对车轮钢圈的压力，以达到制止车轮滚动的目的，刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，变滚动为滑动后，摩擦大大增加，所以车能够迅速制动。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。刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可以迅速停驶。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。轮胎上的花纹：增大摩擦。刹车皮：增大压力，增加摩擦。链条和齿轮：增加粗糙程度，加大之间的摩擦。2.1

14、.2 弹簧的减震作用车的座垫下安有粗的螺旋状的弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。轮胎的减震作用： 在自行车车胎中充有适量的压缩空气， 压缩空气具有很大的压强， 可以增强弹性。 同时在车的鞍座中装有弹簧， 通过弹簧的弹性形变减弱车的震动。 通过这些方法可以使自行车骑行平稳，减少颠跛。10 2.2 压强知识的应用2.2.1 自行车负重自行车的车胎上刻有载重量， 明确告诉人们不能超载， 如车载过量， 车胎受力面积不变，则车胎受到太大的压强将被压破。 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。2.2.2 车座上的物理座垫呈马鞍型， 它能够增大座垫与人体的接触面积

15、以减小臀部所受压强， 使人骑车时感到较舒适。2.3 简单机械知识的应用自行车是一种机械， 它由许多的简单机械构成： 执行部分中的车把、 控制部分中的车闸把、 后闸部件中的前曲拐、 后曲拐及支架、 货架上的弹簧夹、 车铃的按钮等部件都属于杠杆。传动部分中的脚蹬与大齿轮盘构成一个动力作用在轮上的省力轮轴， 飞轮与后轮则构成一个动力作用在轴上的费力轮轴； 执行部分的车把也可以看作一个轮轴。 自行车的各个部件是靠螺丝来连接和紧固的，螺丝上的螺旋是一个绕在圆柱体上的斜面。自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆， 可增大刹车皮的拉力。 另外， 链轮牙盘与脚蹬，后轮与飞轮，车龙头与转轴等都是轮轴，利用

16、它们可以省力。 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相当于一个轮轴，实质为一个省力杠杆。自行车的飞轮也相当于一个省力的轮轴。另外，刹车把手：省力杠杆，轮盘和脚踏：省力的轮轴。车把上的闸是省力杠杆，人们用很小的力就能使车闸以比较大的压力压到车轮的钢圈上。 自行车的车闸是利用摩擦力使自行车减速和停止前进。 当我们使用车闸是， 刹皮与车轮间的摩擦力， 使车轮停止运动或速度减小， 车轮与地面间的摩擦力由滚动摩擦变为滑动摩擦。强大的滑动摩擦力使自行车迅速减速。2.4 能的知识运用动能和势能的相互转化。 骑自行车上坡前， 人们往往要加紧蹬几下， 使车的速度 （动能）11 增大， “ 动能冲坡 ” 。以较大的动能转化为较大势能，能够较容易到达坡顶。而骑车下坡时，不用脚蹬，车速也越来越快，这是势能转化为动能。动能不断增大，所以车速也不断增大。2.5 刹车和惯性自行车高速行驶特别是下坡时， 不能单独用前闸刹车， 否则会出现翻