自 行 车 中 的 杠 杆 原 理

中华

自行车是一种机械,它由许多的简单机械构成: 执行部分的车把,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.

一、问题的提出
目前，世界环境日益遭到破坏。随着地球气温的升高，人们便开始关注大气污染，而交通工具尾气排放又使之愈演愈烈。因此，自行车变成了最为环保的“绿色交通工具”。中国作为一个自行车大国，自行车廉价、轻便，深受许多上班族、学生族的青睐。但同学朋友你们知道自行车中的杠杆原理吗?下面就跟着我来探究一下吧!希望我们能将课本上学到的物理知识应用到实际中去，增强我们的各方面的能力。
二、研究的目标
1、弄清自行车的构造，彻底分析自行车中的力学，分析如何达到省力，如何实现平衡及减震。
2、设想出更加轻便、快速、高效、造价低廉的自行车。
三、研究的方法
1、研究对象
市场上的变速自行车
2、研究方向
杠杆，即刹车系统构成的杠杆和调档中的杠杆（有变速器的自行车）
平衡，就是自行车在运行过程中保持平衡的问题。
3、研究步骤：
（1）、实地考察（2）、收集资料（3）、进行实验
4、提出设想
5、得出结论
四、研究的结果与分析

1、 调档

  脚踏板与牙盤同轴转动相当于一个变形的省力杠。
  飞轮与后轮胎同轴转动，相当于一个变形的费力杠杆。而后车胎转动时受到地面对它的阻力矩一定时当动力作用在不同半径的飞轮上根据动平衡则飞轮上的动力矩一定。（如下图2所示）则有F1L1=F2L2。由于L1小于L2，则F2大于F2故而链条绕在半径小的飞轮1上比飞轮2上所需的蹬力大。也就称为重挡。
当人以一定的速度踏板，则牙盤转动的速度一定，则链条运动的速率一定，链条无论绕在轮1或轮2上，两轮边缘的速率均相同，根据V=RW知当V一定时，R越小，W越大。故链条绕在轮1上时自行车后轮胎转动的W大。又因后轮胎半径R一定，则后轮胎运动的V大。因而自行车前进得快。所以也称该档为快挡。
2、刹车系统

    刹车柄固定在O点，金属丝从o点接出连结刹车块，它们构成一个杠杆,这是一个是省力杠杆，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。
捏刹车柄时，带动刹车块抵紧轮胎。当手作用在A点时，根据力矩平衡：FALA=M；当手作用在B点时：FBLB=M。所以当手在距O点越远的地方捏刹车时，越省力。
3、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。
4、自行车上的轮轴

    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）。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）。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）。

另外：：：
1、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。

2、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。

3:脚踏板是动力,链条是阻力.支点是中间圆盘的轴
4:后轮外圈的车胎是阻力,自行车链条是动力.车轮轴是支点

5：前触闸：前触闸是靠杠杆原理制动的。当手握紧闸把时，闸把的另一头将接头、拉杆、拉管向下压，使闸皮向下压至与轮胎接触，产生摩擦制动力。脚蹬是轮轴,但是轮轴也用了杠杆的原理。

6：车闸的传动系统利用了杠杆

五、研究体会
    通过这次研究活动，我们都有许多感想。
    首先，同学们以所学的物理知识为基础，通过观察和研究自行车，一方面巩固了所学的知识，另一方面深深地体会了理论联系实际，学以致用，知识就是力量的道理。通过这次活动，使我们用所学的物理知识解决具体问题，更增进了我们学习物理的兴趣和信心。
   
其次，在研究过程中，我们认识和掌握了自行车的基本构造和工作原理。
    再次，通过这次活动，培养了我们的观察、思维及动手的能力和遇到困难不退缩的意志品质。通过这些丰富的感性认识，提高了我们的实践能力、制作技能。
    最后，在此次活动中，旧的问题解决了，又出现了新的问题，通过仔细的观察，认真的思考，踏实的工作，终于克服了一个有一个的困难，使一件看似无法实现的异想天开的事变成了现实，内心的喜悦无法用语言描述。我们真正体会到了团结就是力量的道理，而且也增进同学之间的真挚感情。
    我们能获得成功，归根结底是由于我们善于观察，勤于思考，勇于实践。善于观察使我们利用了生活中的事物，少走了弯路，顺利达到目的；勤于思考使我们大胆地解决了这一活动中所遇到的困难；勇于实践使我们大胆地进行实验，不断深入，不断改进，不断前进，向着尽善尽美的方向努力。
    此次活动以后，我们将继续努力，争取获得更多的关于自行车的知识，并研究出一些既省力，又安全的自行车的零件。我们一定向前进！