关于自行车运动时的受力分析
分析自行车上的摩擦力
分析自行车上的摩擦力作者：鲁明来源：《初中生世界·八年级物理版》2013年第03期摩擦力是一种常见的力，当两物体相互接触，相互挤压，并做相对运动或者有相对运动趋势时，在接触面会产生一种阻碍相对运动的力，这个力叫摩擦力.在日常生活和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的.我们总是要增大有益摩擦，减小有害摩擦.下面就以自行车为例来加深对摩擦力的认识.一、自行车上的有益摩擦和有害摩擦自行车上的静摩擦都是有益的.各部件的固定和安装都要用到螺丝和螺帽，必须要把它们旋紧，主要目的就是增大部件之间的摩擦力.如前叉和龙头的固定、连接鞍座在车架上固定、前后轮在车架上固定、脚蹬在曲柄链轮上固定等；后轮胎和地面的摩擦也是静摩擦，因为它是驱使自行车前进的力，所以它也是有益的摩擦力；刹车时刹皮和车轮之间的摩擦能有效地控制车子的行进，所以它也是有益的.自行车上的动摩擦都是有害的.如中轴、前车轴、后车轴、前叉合件、脚踏轴等部件，同时包括刹车把手，它们在转动过程中极易使部件磨损，造成传动或转动障碍，所以它们之间的摩擦是有害的.二、自行车上增大有益摩擦和减小有害摩擦的部位和方法1.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有两种：一是增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；二是用增大压力的方法来增大摩擦.（1）在自行车上有很多部位都是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦的，具体见下表.（2）自行车也有一些地方是采用增大压力的方法来增大摩擦的，具体见下表.2.自行车上减少有害摩擦的方法有两种：一是利用滚动摩擦代替滑动摩擦来减少摩擦；二是给某些部件加润滑剂来减少摩擦.（1）以滚动摩擦代替滑动摩擦的部位和方法见下表.（2）自行车上也有通过给某些部件加润滑剂的方法来减少摩擦的，比如在链条和轴承处.三、车轮所受的摩擦力方向1.脚蹬自行车启动时车轮所受的摩擦力方向如果问自行车是怎样前进的？很多同学都会说这个问题太简单了，“因为人用力蹬，所以车向前进”.实际上如果找一辆可以三点支撑的自行车（如图1），支起它的后撑脚，用手摇动脚踏使后轮转动起来，发现自行车是丝毫不前进的.所以自行车后轮还必须与地面接触才能前进.那为什么后轮着地时蹬车车就能前进呢？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，因此自行车与路面之间有摩擦力.那么这个摩擦力的方向是什么呢？这里结合图示加以受力分析.首先，当脚对脚蹬施加向下的作用力F时，链条带动飞轮向前（本文中是以向右为前，向左为后）转动，从而带动后轮沿顺时针方向转动，如图2箭头所示.此时后轮相对于地面有向后的运动趋势，如图3的箭头所示.根据静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向相反，所以地面对后轮产生了向前的静摩擦力f，从而推动自行车能够前进，这就是自行车前进的动力，如图4所示.所以我们把自行车的后轮称为主动轮，而把前轮称为从动轮，是“被迫”旋转的，起辅助行驶和辅助平衡的作用.那前轮此时是否受到摩擦力呢？答案是肯定的.因为此时地面对后轮产生了向前的静摩擦力，使自行车向前运动起来，此时前轮相对于地面向前滚动，如图5箭头所示.而且地面又是粗糙的，所以前轮受到了地面的滚动摩擦力.根据摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，所以地面对前轮产生的滚动摩擦力f的方向是向后的.如图6的箭头所示.那么前轮所受滚动摩擦力有什么用？是用来阻碍自行车的运动的，其方向与自行车前进方向相反.正是这两个力大小相等、方向相反，所以自行车能够做匀速直线运动.2.当停止踏动脚踏板时车轮所受的摩擦力方向当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但整辆自行车由于具有惯性仍然保持向前运动的状态，此时前轮和后轮都相对于地面向前运动，如图7箭头所示.因此地面对前轮和后轮都产生向后的滚动摩擦力f，如图8箭头所示.由于摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反，根据力可以改变物体的运动状态，所以自行车处于减速状态.3.刹车时车轮所受的摩擦力方向刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力属于滑动摩擦力，阻碍后轮沿顺时针转动方向转动.因为接触面所受压力越大，接触面越粗糙，滑动摩擦力就越大.如果此时手握刹车把手压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动得越慢.如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦（原来为滚动摩擦，方向向后），强大的滑动摩擦力f 的方向与自行车前进方向相反（如图9箭头所示），阻碍了自行车的运动，使自行车迅速减速（或迅速停止运动）.4.人通过走路推动自行车行驶时车轮所受的摩擦力方向当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后.示意图如图8所示.那谁和这两个力平衡呢？脚对地面向前的摩擦力.通过对自行车上的摩擦现象的再认识，我们不但进一步巩固了物理知识，而且能够和实际生活相联系，运用已有知识分析、解决问题，体会到物理知识和社会生活有着密切的联系.。
自行车中的力学
自行车中的力学0 引言目前中国已经成为了全世界第二大经济体，世界瞩目。
但是，随着经济水平的提高，我国的环境却出现了明显的恶化，特别是严重的雾霾天气，已经对广大人民的健康生活带来了危害。
随着环境问题的日益突出，绿色低碳生活成为了人们谈论最多的话题，其中自行车作为一种完全绿色健康的生活方式，在各大城市中均掀起了一股“骑行热潮”。
自行车的出现距今已有百余年，最早是由法国人西夫拉克发明的。
而第一辆现代意义的自行车则出现在19世纪末的英国，后由传教士带入中国。
自行车分为公路自行车、场地自行车、三项赛/计时赛自行车、山地自行车、速降自行车、斜躺自行车、旅行自行车、广告自行车、越野公路车、双人/多人自行车、折叠车、电动自行车、小轮车等多种用途和种类，但不论哪种其基本结构和力学原理都是一样的。
1 自行车的基本结构自行车的基本结构包括：1）前轮；2）辐条；3）花鼓；4）前叉；5）前刹；6）钢索；7）刹车及变速把手；8）车把；9）竖杆；10）车架；11）前变速；12）车座杆；13）车座；14）后刹；15）货架；16）飞轮；17）反光镜；18）后轮；19）后变速；20）脚撑；21）气门；22）后轮；23）链条；24）轮盘；25）脚踏；26）曲柄等等。
2 自行车受力分析根据自行车的构造可以看出，后轮为主动轮，是整个车体的驱动部分，而前轮为从动轮，在自行车运动时两个轮子均成顺时针转动，那么两个轮子的受力状况存在什么区别呢？下面我们分别对两个轮子的受力状态进行分析。
首先是后轮，其受力分析如下图1所示，后轮通过脚踏板和链条等传动装置，获得一个来自人力的力矩M1，因此呈顺时针方向转动，由于车轮相对于地面呈向后运动的趋势，所以会受到地面对其向前的摩擦力Fs，其力矩为M2，这就是驱动自行车向前运动的作用力。
图1 自行车后轮受力作用图我们再来看前轮，其受力分析如下图2所示，由于前轮为从动轮，因此它会被迫成顺时针方向转动，因此其相对地面的运动趋势为向前，所以会受到一个向后的摩擦作用力Fs’。
分析人骑自行车前进时前后轮受到地面摩擦力的情况(精)
分析人骑自行车前进时前后轮 受到地面摩擦力的情况
沛县第二中学 高一物理组 杜慎
复习回顾：重力 弹力 摩擦力
产生
大小
方向 作用点 作用效果
重力
弹力
静摩 擦力
滑动 摩擦
力
地球的吸引 而产生
接触挤压发 生弹性形变
G=mg 竖直向下 重心Fra bibliotekF=KX
{弹簧}
垂直于接 触面或沿 绳子的收 缩方向
接触处
F2 光滑 F静
G
三、连结体的受力分析
如果几个物体通过某种方式连接起来共同运
动，这样的几个物体所组成的体系叫做连结体。
连结体受力分析要点：
（1）首先要把各个物体隔离出来； （2）然后分别分析每个物体的受力情况。
【例4】如图所示，水平桌面上的物体A用细
绳跨过定滑轮和物体B相连,物体A向右运动，试
分析物体A、B的受力情况。
FN
FT
A
Ff
FT . ´
B
GA
GB
分析A,B静止时的受力
F2
A
F1
B
G
分析A,B静止时的受力
FN2
A
F
Ff
F A
FN1
B
下图中的接触面粗糙，试分析 AG、B的受力
v
A
F
B
v
练习
1. 画出图中O 点的受力图。 2. 画出汽车在平直公路上行驶时的受力图。
F1
F2
O
F3
FN
F
Ff
G
接触挤压发生弹 性形变接触面不 光滑有相对运动 趋势
取决于 外部因 素
与物体间 的相对运 动趋势方 向相反
自行车中的杠杆原理
自行车中的杠杆原理自行车是一种机械,它由许多的简单机械组成: 执行部份的车把,操纵部份中的车闸把,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，世界环境日趋受到破坏。
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。
但同窗朋友你们明白自行车中的杠杆原理吗?下面就随着我来探讨一下吧!希望咱们能将讲义上学到的物理知识应用到实际中去，增强咱们的各方面的能力。
二、研究的目标一、弄清自行车的构造，完全分析自行车中的力学，分析如何达到省力，如何实现平稳及减震。
二、假想出加倍轻便、快速、高效、造价低廉的自行车。
三、研究的方式一、研究对象市场上的变速自行车二、研究方向杠杆，即刹车系统组成的杠杆和调档中的杠杆（有变速器的自行车）平稳，确实是自行车在运行进程中维持平稳的问题。
3、研究步骤：（1）、实地考察（2）、搜集资料（3）、进行实验4、提出假想五、得出结论四、研究的结果与分析一、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按时当动力作用在不同半径的飞轮上依照动平稳那么飞轮上的动力矩必然。
（如以下图2所示）那么有F1L1=F2L2。
由于L1小于L2，那么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。
当人以必然的速度踏板，那么牙盤转动的速度必然，那么链条运动的速度必然，链条不管绕在轮1或轮2上，两轮边缘的速度均相同，依照V=RW知当V一按时，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必然，那么后轮胎运动的V大。
因此自行车前进得快。
因此也称该档为快挡。
二、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，它们组成一个杠杆,这是一个是省力杠杆，人们用很小的力就能够使车闸以较大的压力压到车轮的钢圈上。
骑自行车的力学技巧论文
骑自行车的力学技巧论文标题：骑自行车的力学技巧摘要：本文旨在探讨骑自行车的力学技巧对于提高骑行效率和保护骑手安全的重要性。
通过分析自行车骑行过程中的力学原理和技术要点，总结了提高骑行效率的方法，并强调了正确姿势和动作对骑手身体健康的重要影响。
本文对于自行车爱好者、车手和教练员具有一定的指导意义。
一、引言自行车作为一种受欢迎的运动工具，不仅具有锻炼身体、提高心肺功能的效果，还能够作为一种便捷的交通工具。
在骑行过程中，了解和运用适当的力学技巧将能够提高骑行效率，减少耗能和减轻疲劳感。
二、骑行力学原理骑行力学是研究自行车骑行过程中力学规律的学科。
自行车骑行中主要涉及到的力学原理包括平衡力学、加速度和阻力、离心力等。
骑手在骑行过程中需要掌握平衡自行车的技巧，合理利用身体重心保持平衡；在起步和加速过程中需要了解正确的力量输出技巧以及动力传递原理；在面对阻力（包括风阻和路面阻力）时需要采取相关技巧降低能量损耗。
除此之外，还需了解离心力对转弯时的影响，以及如何正确利用它来实现高效转向。
三、提高骑行效率的方法1. 均匀的力量输出：在骑行过程中，适应道路条件和环境，采用均匀的力量输出方式。
过于急躁的力量输出会导致能量浪费和过早疲劳，而持续稳定的输出有助于减少耗能和提高速度。
2. 正确的姿势和动作：保持正确的骑行姿势和动作有助于减少空气阻力，提高骑行效率。
正确的姿势包括躯干微微俯前倾，上体放松，臀部略微上抬，膝盖微曲等。
正确的动作包括踩踏节奏稳定、上踏力与下踏力转化平稳、利用踏板和手柄控制车身平衡等。
3. 做好预瞄和规划：提前预瞄路况和交通情况，合理规划骑行路线，避免急刹车和不必要的转向。
这样能够避免频繁的停顿、加速和转向，提高骑行效率。
四、保护骑手安全的重要性正确使用力学技巧不仅有助于提高骑行效率，还能够保护骑手的身体健康和安全。
正确的姿势和动作有助于减少对关节和脊椎的冲击，减少受伤的风险。
合理分配力量输出，均匀使用身体各部分的力量，能够减少某一部位的负荷，从而减少运动损伤的发生。
有关自行车的数学知识
有关自行车的数学知识自行车的数学知识一、几何学1. 多边形：自行车框架多为多边形结构，可以是三角形、四边形、五边形等等，其中最常见的是三角形结构。
2. 轴心：自行车各个零部件的结构中都存在轴心的概念，它是车轮、车轴、车把等的中轴线，承载力强，是自行车正常运转的重要结构。
3. 图形：我们通常会用到各种几何图形来解释自行车的结构，例如，圆形用于描述车轮结构；三角形、四边形用于描述车架结构；椭圆形用于描述座椅结构等等。
二、运动学1. 运动趋势：将车轮放入地面移动，我们能发现，它会沿着直线运动，这是由于自行车的特殊结构而限制的趋势。
2. 速度的关系：当下坡时，车速会增加，这是因为重力将车推向下坡；而当上坡时，车速会减小，这是因为重力将车向上坡拉，因此来解释车速变化的关系。
3. 转动惯量：自行车会受外力旋转，这可以归结为惯量理论，它是运动学里最重要的一个概念。
三、力学1. 牵引力：摩擦力是自行车正常运行的基础，这个力将车辆牵引运动，从而实现车辆的前进。
2. 重力：重力是一种自然力，它作用于自行车的上升和下降都会发生变化，影响车辆的运动状态。
3. 张力：自行车的把手和车架由于长时间受到外力的作用，会产生张力，保证车辆的强度和结构的完整性。
四、空间几何1. 平面：自行车运动的轨迹是属于二维平面的空间几何形态，可以描述为一个平行立方体，它是驱动力和阻力之间的运动形式。
2. 空间：自行车属于三维空间中的几何对象，它会受到地心引力的影响，它的抛物线运动会受到重力影响。
3. 坐标系：将自行车置于某一参考坐标系之中，我们可以更好的分析它的空间位置，从而进行数学上的描述和研究。
自行车受到的摩擦力分析
自行车上的摩擦力研究报告认识了摩擦力，探究了影响滑动摩擦力大小有两个因素，并知道增加有益摩擦和减小有害摩擦的方法。
摩擦力通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。
滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时，所受到的阻碍物体相对运动的力。
影响滑动摩擦力大小有两个因素： 1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关，接触面粗糙程度一定时，压力越大摩擦力越大。
2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大。
在日常生活中和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的。
我们总是要增大有益的摩擦，减小有害摩擦。
增大有益摩擦的方法有两种：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。
减小有害摩擦的方法有多种：1、减小接触面的粗糙程度来减小摩擦；2、用减小压力的方法来减小摩擦；3、利用滚动摩擦来减少摩擦；4、给某些部件加润滑剂；5使两个接触面彼此分开，如：气垫船、磁悬浮列车都是利用这种方法减小摩擦的。
生活中到处都有摩擦力，为了进一步了解摩擦力，锻炼自己理论联系实际能力，了解物理与实际生活的联系，我们对结构比较简单，应用比较广泛的自行车进行了研究。
研究方式：1、查阅教材进一部熟悉有关摩擦力的知识。
2、拆卸、观察自行车的结构。
找出与摩擦力有关的部分。
3、询问老师、家长和修车师傅有关自行车的一些问题。
4、亲自去骑不同类型的自行车，具体体会它的不同之处。
5、利用网络资源收集有关自行车的资料。
6、分组分析讨论，大家合作，形成实验报告。
研究内容：一、自行车上增大有益摩擦，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：图1：自行车的把手做成有花纹的图2：自行车的踏脚有花纹图3：轮胎做有花纹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（如图4）。
理力优秀论文 自行车车轮运动时的力学分析和应用
图2自行车车轮运动时的力学分析和应用XX学号：10XXXX 专业：车辆工程（轨道交通）班级：1 任课教师：王斌耀内容摘要：本文结合了理论力学的一些基本原理，分析了车轮在骑行运动时的受力特点，并考虑了不同车胎在骑行中带来的不同的影响，方便人们在购买自行车时选择所需的自行车胎，以及车胎在生活中的保养方法。
关键词：自行车、车胎、分析、建议正文自行车是我们生活中最常见的交通工具之一，其中蕴含着很多的力学原理，车胎作为自行车最重要的部分之一，在我们选择、保养时很有必要了解它的特性。
笔者这里主要分析了车胎部分的力学原理。
图1.各种各样的自行车1.车轮运动时的受力分析自行车的前轮后轮看似没有什么区别，都是相对于地面作纯滚动，但是它们的受力情况有着根本的区别，后轮作为主动轮，是整个车体的驱动部分，它的受力分析如图2 所示，后轮在车轴的部分有一个经过传导得到的来自于人的力偶M1；地面对车轮的力系是一个平面力系，可以简化为一个力偶M，以及滚动摩擦力F S，因为摩擦力的方向是与物体相对运动趋势相反,主动轮动起来时,轮子最下面一点与地面接触.此点相对于地面来说是向后运动的，所以地面给后轮的滚动摩擦力向前,这个滚动摩擦力F S就是推动整个车向前的动力。
接下来是对前轮进行受力分析。
如图3所示,类似对图1的分析，由于前轮作为从动轮图3图4.一种车胎的花纹本身不会自发运动,因为后轮动了整个车身必然向前动起来(包括不会自发运动的前轮)因为地面不会动,那么前轮相对地面来说向前运动，所以地面给前轮的摩擦力向后，由此，我们可以得到一个向后的滚动摩擦力F S ’，整个车体受到的合力为向前的动力，为F=F S -F S ’-F K,其中，F K 为车体在运行过程中所受到的风阻力。
由此可见，在相同骑行者、相同路面、相同风力环境的情况下，影响车速的主要原因是车胎所受到的滚动摩擦力，即F S -F S ’。
当然还有一种情况，当骑行者不再踩踏板的时候，两个轮子都变成了“从动轮”，这时的受力情况和图3一样，整个车体受到的力为与运动方向相反的阻力。
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关于自行车运动时的受力分析
李得兆甘肃省庆阳市陇东中学高一（1）班（手机138****2229）
指导老师：陈胜利（物理）
摘要
本文对人在骑自行车过程中不同状态分阶段进行了详细的受力分析，并根据理论力学的一些基本原理，分析了自行车在不同状态时车轮的受力特点。
自行车的五种状态：静止、启动、爬坡、下坡、刹车。
关键词
物理建模自行车、车轮、分析、建议
前言
自行车是我们生活中最常见的交通工具之一，据统计中国大概有七亿辆自行车。
骑自行车是当下户外活动的热门交通方式，他不仅有益于身心健康，更体现了环保、自然的生活理念。
简单的自行车中含有许多的物理学知识，现在我们将对自行车做受力分析。
正文
工作原理：在我们蹬脚踏时，我们的蹬力带动前齿轮转动。
前齿轮带动车链转动，车链又带动后齿轮转动，再由后齿轮带动后车轮转动。
后轮转动时，受到向前的摩擦力作用，推动自行车前进。
忽略空气阻力的条件下，人在骑自行车的过程中，其受力与运动状态在不同阶段下是不相同的：
第一阶段，静止，人与车的重力与地面对车的支持力平衡；
第二阶段，起动时，轮速大于车速，后轮是自行车前进的动力来源，所以后轮是主动轮。
在接触面，后轮相对地面向后运动，所以摩擦力向前，后轮和车会做加速运动。
前轮是从动轮，受到的摩擦力向后；
第三阶段，匀速前进，匀速时，车受力平衡，人踩的力和和车轮与地面的摩擦力相互抵消。
后轮与地面相对向后运动，所以摩擦力向前。
前轮作为从动轮，摩擦力向后。
前后轮受到的摩擦力大小相等，方向相反；
第四阶段，下坡，当骑行者不在踩踏板的时候，后轮的速度小于车速。
因此，后轮随车的向前运动而转动，两个轮子都变成了“从动轮”。
在接触面，后轮与地面相对向前运动，所以摩擦力方向向后，前轮摩擦力始终向后。
滑下过程中，前后轮摩擦力均向后，故整个车体所受的摩擦力为与运动方向相反的阻力；
第五阶段，刹车，不同的刹车方式会产生不同现象：当需要紧急刹车时，如果刹车前闸，身体会受到猛烈的冲击。
若车速过快或车较轻，自行车还有可能猛甩一下。
而刹车后闸则比较平稳，震动不大。
所以一般推荐使用后闸；
分析及推导
一、自行车处于静止状态
由平衡条件：Fa+Fb=mg(Fa、F b分别为地面对前轮、后轮的支持力;mg为人和自行车的重力之和。
)
二、自行车加速启动
不考虑竖直方面受力，对水平方面受力分析：
F
后−F
前
=ma
三、滑下过程中
垂直于斜面方向：
F N1+F N2=mg cosθ
(F N1
、
F N2分别为斜面对前后轮的支持力，θ为斜面的倾斜角)
沿斜面方向：
mg sinθ−F f1−F f2=ma
(F f1、F f2分别为斜面对前后轮的摩擦力，a为自行车下滑时合外力产生的加速度)。