课题：观察分析自行车上增大和减少摩擦的方法

课题:观察.分析自行车上增大和减少摩擦的方法组长:刘逸维组员:陈谦黄万发谭悦华李东刘庄杰郑宁迅李敬祥我们的课题是观察.分析自行车上增大和减少摩擦的方法,现在,我们先来认识一下自行车.自行车是中国老百姓最常用的交通工具.自行车，又称脚踏车或单车，是通常二轮的小型陆上车辆。一般以人骑上脚踩踏板驱动。英文bicycle的bi意指二而cycle意指轮。在中国大陆、台湾、新加坡，通常称为“自行车”或“脚踏车”，在香港、澳门则通常称为“单车”。

很多国家和地区认为自行车是车辆，常常要求适当配备甚至是要向政府相关部门登记领取车牌后始得上路。有些地方要求夜间行车时自行车要使用车灯。中华人民共和国的交通法规将自行车列为一种非机动车。在香港，自行车属于“非机动车辆”，无须领有牌照，但在路上行驶时，须遵守和机动车辆一样的交通规则。车体部分：包括车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等，是自行车的主体。传动部分：包括脚蹬、曲柄、链轮、链条、中轴和飞轮等，由人力踩动脚蹬，通过以上传动件带动车轮旋转，驱车前行。行动部分：即前后车轮、包括前后轴部件、辐条、轮辋（车圈）、轮胎等。安全装置：包括制动器（车闸）、车灯、车铃、反射装置等。

根据需要，还可增加一些附件，如支架、衣架、保险叉、挡泥板、气筒等。另外，装有变速机构的运动车、竞赛车、山地车等还装有变速控制器和前后拨链器等。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。按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统：

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。

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。

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、停使、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。

1、车架部件是构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。

车架部件的结构形式有很多，但总体可以分为两大类：即男式车架和女式车架。

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，有的自行车还采用流线型的钢管。

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。一般辐条是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型

2、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，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。

外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。山地自行车的外胎宽度特别宽，花纹较深也是适应越野山地用。

3、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，自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由脚蹬轴转动曲柄，牙盘，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，可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。

4、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，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。

5、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。

链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。

6、飞轮：飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。

单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成。

其单级飞轮工作原理：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“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。正常的骑乘使用是不须要任何技术的，但却是在自行车的维护中，最重要且最基本的一项，在骑乘前，对自行车的车况加以检查，是很重要，也是常被遗忘的，因此在骑车前，记得做以下的检查：

检查骑乘姿势尺寸：如果你骑的不是专属于自己的车，记得在骑车前将座垫调至适当高度。

检查各部位螺丝松紧：检查前后轮及座垫杆的快拆是否锁紧了，检查车把是否已固定好，其他螺丝是否有松脱情况。

检查轮胎：检查胎压是否足够，不足的话将之打到适当压力，检查胎壁是否有裂痕、割伤胎纹是否已经过浅，如果必要则须更换外胎。

检查刹车：试拉前后刹车，检查刹车是否可以确实刹停。

检查前车腕：刹住前刹车，将车身前后摇动，如有感到有晃动的间隙，表示前车腕须重新调整。

检查变速器：起步后先试着分别变前变速与后变速，是否可以顺畅的变到各档速，是否会有奇怪的怪声。从自行车的结构和使用来看，它涉及了许多物理知识，现归纳如下：

声的现象：

自行车车铃的把手经过手的拨动，带动了齿轮，齿轮使带有弹簧锤的轴旋转起来，弹簧锤敲打铃盖，车铃就叮铃响。拨动自行车的车铃能发声，是因为振动的物体能发声，用手按住铃盖，铃声振动停止。

光的现象：

自行车的尾灯的反射面由很多红色的立方体直角组，可以把照在尾灯上的光向各个方向反射，使车后各个方向上的人均能看到红色的光，以防止交通事故的发生。

摩擦的现象：

1．车的前轴、中轴、后轴上装有滚动轴承及润滑油，车轮是圆形的，是为了减少摩擦。2．车外胎、把手塑料套和脚踏板上都刻有花纹，车的把手上有凹槽，是为了增大接触面的粗糙程度来增大摩擦。

3．若车铃不响，是因为轴与齿轮之间的咬合部分太涩了，加几滴油润滑，减小摩擦。4．车把的塑料套紧套在车把套上，是为了增大与车把套的压力来增大摩擦。

5．刹车时，应用力捏车闸，是为了增大压力来增大摩擦。6．旋紧自行车各种紧固螺丝，是为了增大压力来增大摩擦。7．自行车的前轮为从动轮，摩擦力的方向向后，与运动的方向相反。后轮为主动轮，摩擦力的方向向前，与车运动的方向相同。紧急刹车时，轮子与地面的摩擦属于滚动摩擦。压强的现象：

1．自行车的坐垫呈马鞍型，它能够增大坐垫与人体的接触面积，以减小臀部的压强。

2．脚蹬板很宽，也是为了增大与脚的接触面积，以减小脚部的压强。3．用橡胶制成的车胎并且打足气，是为了通过减轻压力来减小对地面的压强，同时通过弹力的作用可起缓冲作用。

4．给车胎打气时，越打越费力，车胎越硬，是因为越打里面的气体越多，里面的压强越大。

杠杆的现象：

1．控制前轮转向的杠杆──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运动方向和平衡。

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比较大的压力压到车轮的钢圈上。

3．支持人重和货重的杠杆──三角杠、货架、前叉、后三角杠：用以形成车重和承重。

4．中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴，因为脚蹬半径大于花盘齿轮的半径。

5．自行车手把与前叉轴：组成省力轮轴，因为手握把外的半径大于前叉轴的半径。

6．自行车后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴，因为齿轮的半径小于后轮的半径。电的现象：

自行车前轮旁边的照明灯能发光，因为内部有旋转磁极式发电机，圆形磁体的轴与前轮摩擦转动而产生感应电流。电流通过小灯泡的灯丝而发光，把小灯泡放在凹面镜的焦点处，起到会聚作用，增加灯的亮度。

热的问题：

1．夏天，将自行车车胎中的气打得足足的，若停在烈日下，车胎会爆裂。因为在烈日下，车胎内的气温升高，压强增大，当压强增大到超过车胎所能承受的最大压强时，车胎会爆裂。

2．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，是因为打气筒的活塞压缩气体做功，气体内能增加，气体内能传给筒壁，使筒壁温度升高。同时打气过程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功过程，也使筒壁内能增加，温度升高。

惯性及能的知识：

骑自行车行驶时，当不用力蹬脚蹬板时，自行车还会继续向前运动是由于惯性的原因。另外，骑自行车飞跃障碍物时，落地时，应先使后轮着地，防止因为具有惯性而翻车。而当骑自行车上坡时，都应先加紧用力蹬几下，目的是为了增大速度，以获得更大的动能，来转化更多的重力势能，升的更高一些。

力的知识：

自行车坐垫下的有许多弹簧，主要的通过缓冲作用减小震动。现在我们来看看摩擦力的相关知识.摩擦力的利用与改善

没有摩擦力的生活实在是非常不方便，但是摩擦力太大也是很不方便，

例如：摩擦力很大的脚踏车骑起来很吃力；

摩擦力大的机械运转起来很耗电；

摩擦力大的门窗开或关都很不方便…。

从能量的观点看，摩擦力作负功把力学能转变为热能，徒使周围温度升高全无好处。

所以我们经常需要适度的调整一下摩擦力使它恰到好处。

以下举几个改变摩力的原则与例子供参考：

※减少摩擦力的例子：

一.减少正向力：

1.推动书柜前先将书柜里的书取出，再推动书柜较为省力。

2.在粗糙的地面上拖动重物时，斜向上施力有时会比水平施力来得省力。

此因施力的向上分力抵消了部分重力，使得地面的正向力减少而减少了摩擦力。

二.改变接触面性质

1.在拉鍊上涂上蜡可使拉鍊使用起来更平顺。

2.行李箱下装有轮子，拖著走既方便又省力。

3.脚踏车的车轮轴心与支撑轴心的支架间，有许多小钢珠可减少摩擦，使得车轮转起来更轻便。

4.在门钮处或窗户轨道上涂抹润滑油。

5.在洗发後再以润丝精洗过，除了使头发有光泽增加美观外还可以因减少摩擦力而避免打结。

6.磁浮列车利用磁极相斥的力量，将车身抬离轨道能使摩擦力减到极小，而使车速极快。增加摩擦力的例子：

1.水平施力与斜向上施力，那一种方式较容易拉动书本？画出第2个操作中，书本启动时之力图。（须含重力、摩擦力、施力及其水平分力与垂直分力）

2.书本下排列铅笔或粉笔後，是否较容易拉动？

3.加了润滑油後的脚踏车，有没有比较好骑？

4.为什麼来令片和车轮间不能加润滑油？增加摩擦力的例子：

1.厨房浴室的地板经常因沾溼而容易滑倒，穿著有深刻花纹的拖鞋可增加抓地力(即摩擦力)而避免滑倒。

2.保健室里夹棉花的镊子及平口钳，前端内侧常设计成许多凹凹凸凸的线条，可更轻易的夹住棉花、铁线。

3.将吸盘紧压在光滑的玻璃上不会掉落，