自行车力学分析 公路篇
自行车身上的力学知识.
自行车身上的力学知识自行车在我国是很普及的代步和运载工具。
在它的“身上”运用了许多力学知识，1．测量中的应用在测量跑道的长度时，可运用自行车。
如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。
那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。
2．力和运动的应用(1)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。
如车的外胎，车把手塑料套，蹬板套、闸把套等。
变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。
如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可迅速停驶。
而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。
(2)弹簧的减震作用。
车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。
3．压强知识的应用(1)自行车车胎上刻有载重量。
如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。
(2)座垫呈马鞍型，它能够增大座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．简单机械知识的应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：脚蹬板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。
5．功、机械能的知识运用(1)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。
(2)动能和重力势能的相互转化。
如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，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。
6．惯性定律的运用快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮为什么会跳起来。
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，根据惯性定律，人和后轮要保持继续向前的运动状态，所以后轮会跳起来。
自行车身上的力学知识
自行车身上的力学知识
1．测量中的应用
在测量跑道的长度时，可运用自行车。
如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。
那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。
2．力和运动的应用
(1)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。
如车的外胎，车把手塑料套，蹬板套、闸把套等。
变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。
如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可迅速停驶。
而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。
(2)弹簧的减震作用。
车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。
3．压强知识的应用
(1)自行车车胎上刻有载重量。
如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。
(2)座垫呈马鞍型，它能够增大座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．简单机械知识的应用
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：脚蹬板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。
5．功、机械能的知识运用。
自行车设计中力学知识的运用
自行车设计中力学知识的运用发表时间：2018-02-09T10:15:59.280Z 来源：《科技中国》2017年9期作者：曹静文[导读] 摘要：自行车是一种普遍使用的交通工具，因为其具有方便、快捷且绿色环保的特性，在我国受到人们的追捧和欢迎。
在自行车的设计过程中，有许多细节应用到了高中物理中的力学知识。
摘要：自行车是一种普遍使用的交通工具，因为其具有方便、快捷且绿色环保的特性，在我国受到人们的追捧和欢迎。
在自行车的设计过程中，有许多细节应用到了高中物理中的力学知识。
这些细节设计背后隐藏的知识使得自行车的行驶速度更快，同时保证了骑行过程中的平稳性和舒适性。
本文以自行车上的车胎设计、轴承设计、车把设计以及变速车轮设计为例，阐述了摩擦力、杠杆原理、以及运动力学等力学知识在这些设计中的具体应用，将物理学的理论知识与实践相联系，拓展物理学习的知识面。
关键词：自行车设计；力学知识；应用中图分类号：G632.3 文献标识码：A1引言自行车是一种受到大众喜爱的交通工具，具有方便快捷且绿色环保的特性，在骑行过程中受到城市道路交通情况的制约性较小，同时还能满足现代人运动健身的需求[1]。
自行车的设计力求满足使用者骑行过程中的舒适感，在保证行驶速度和平稳性的前提下，使骑行者更加省力，因此在设计时许多细节方面广泛应用了力学知识[2,3]。
这些力学知识有许多就是高中物理课本中提到过的，从这些设计细节中发掘出应用到的力学知识，能使物理学习的知识面得到扩展。
本文从几个自行车零部件的设计角度出发，对这些设计中涉及到的摩擦力、杠杆和运动力学知识的应用进行了详尽的阐述。
2 自行车设计中摩擦力的应用首先我们先对自行车在行驶过程中的受力进行分析，自行车的主动轮为后轮，图1为自行车后轮的受力分析，设自行车以速度V向左行驶，除了自行车和骑行者自身的重力G和地面对其的支持力Fn外，后轮在人力作用下逆时针旋转，人力产生的力矩为M，车轮与地面因为存在向后的运动趋势，因此产生向前的摩擦力F，力矩为顺时针的M’。
自行车上的力学知识(车店培训改编版)
邯郸舆乐户外自行车俱乐部自行车上的物理学知识自行车上的物理学知识邯郸舆乐户外自行车俱乐部选编2011/12/3自行车上的物理学知识一、课题研究目的自行车是人们普遍使用的“绿色”交通工具，通过研究自行车上的力学知识，了解自行车的结构，以及每一个零件的作用，使人们更好的认识、利用自行车，让自行车更好的为人类服务。
二、课题操作过程：（简略提纲）步骤1：了解自行车的具体构造，包括：车架、导向系统、驱动系统，及制动系统。
步骤2：逐步分析自行车上的力学知识涉及到的力学原理（如静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦、杠杆等）。
步骤3：对研究成果进行总结。
三、课题正文自行车的车架、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、链轮、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。
下面来具体介绍一些与力学知识有关的自行车部件：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。
自行车机械分析报告
自行车机械分析报告1. 引言自行车是一种受欢迎的交通工具，也是一项古老而经典的发明。
自行车的设计和机械构造直接影响其性能和使用体验。
本文将对自行车的机械构造进行分析，探讨其主要组成部分及其功能。
2. 自行车的主要组成部分2.1 轮组自行车的轮组由轮毂、辐条和车圈组成。
轮毂是轴承装置，支撑并使轮子旋转。
辐条连接轮毂和车圈，起到支撑和传递力量的作用。
车圈是轮胎的支撑平台，使车辆能够行驶。
2.2 链条传动系统链条传动系统由链轮、链条和齿轮组成。
链轮固定在车轮和踏板上，通过链条将力量传递给齿轮。
齿轮与链条相连，将力量传递到后轮。
链条传动系统是自行车行驶的核心机械构造。
2.3 刹车系统刹车系统用于控制自行车的减速和停车。
常见的刹车系统包括V刹和碟刹。
V刹通过紧压刹车臂来使刹车鞋附着在车轮上，从而减速。
碟刹则通过刹车卡钳夹住碟刹盘来实现刹车效果。
刹车系统在保障骑行安全方面起着重要的作用。
2.4 变速系统变速系统是指改变骑行阻力和速度的装置。
常见的变速系统包括内齿轮和外齿轮。
内齿轮通过改变链条在齿轮上的位置来实现变速。
外齿轮则通过改变链条与链轮的接触点来改变速度。
变速系统能够满足不同道路条件下的骑行需求。
3. 自行车机械构造的作用及优化自行车的机械构造直接影响其性能和使用体验。
合理的机械构造可以提高自行车的稳定性、速度和舒适性。
首先，轮组的设计需要考虑轮毂和车圈的材质和结构。
采用轻量化材料可以减少整车重量，提高骑行效率。
同时，合理的轮胎宽度和胎压也能影响车辆的稳定性和舒适性。
其次，链条传动系统的优化可以提高齿轮之间的转动效率，减少骑行阻力。
优质的链条和齿轮材料能够减少能量损失，提高齿轮传动的效率。
再次，刹车系统的设计需要考虑刹车的灵敏度和制动力。
刹车片的材质和设计影响刹车的效果，合理的刹车系统能够确保骑行过程中的安全性。
最后，变速系统的设计要考虑齿轮的数量和位置。
不同的齿轮组合可以适应不同的骑行环境，提供更好的骑行体验。
自行车上的力学知识.ppt
航空都获得了一定程度的发展。
(2)近代中国交通业受到西方列强的控制和操纵。 (3)地域之间的发展不平衡。 3．影响 (1)积极影响：促进了经济发展，改变了人们的出行方式，
一定程度上转变了人们的思想观念；加强了中国与世界各地的
联系，丰富了人们的生活。 (2)消极影响：有利于西方列强的政治侵略和经济掠夺。
台湾 架设第一条电报线，成为中国自
出行 (1)新式交通促进了经济发展，改变了人们的通讯手段和 ， 方式 转变了人们的思想观念。
(2)交通近代化使中国同世界的联系大大增强，使异地传输更为便 捷。 (3)促进了中国的经济与社会发展，也使人们的生活
多姿多彩 。
[合作探究· 提认知]
电视剧《闯关东》讲述了济南章丘朱家峪人朱开山一家， 从清末到九一八事变爆发闯关东的前尘往事。下图是朱开山 一家从山东辗转逃亡到东北途中可能用到的四种交通工具。
依据材料概括晚清中国交通方式的特点，并分析其成因。
提示：特点：新旧交通工具并存(或：传统的帆船、独轮车， 近代的小火轮、火车同时使用)。 原因；中国民族工业的兴起与发展；
政府及各阶层人士的提倡与推动。
[串点成面· 握全局]
1.测量中的应用
在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普 通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈 长度为直径乘圆周率π ,即约2.23米或2.07米， 然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n， 则跑道长为n2.23米或n2.07米.
2.减小和增大摩擦的应用
(1) 减小摩擦：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,常在这些 部位加润滑剂. （ 2 ）增大摩擦：多处刻有凹凸不平的花纹以增 大摩擦.如车的外胎，车把塑料套，闸把套等. 变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦 . 如在刹车 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.
自行车中的力学知识PPT资料优秀版
高一（1）班校本课题组
组长：夏普开提
车把
成员：卡力布努尔、迪丽达尔、
娜菲莎、艾娜扎尔、迪努拉、 吐尔逊阿依、西里浦江、祖力亚尔、 依力努尔、阿不力克木
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
前 叉
发言：卡力布努尔
自行车中 的 力学知识
课题：自行车中 的 力学知识
18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车。 这样一来，人的双脚真正离开了地面，由双脚的交替踩动变为轮子的滚动。
谢谢大家
年12月21日
自行车中 的 力学知识
3:知识应用
c．压强知识的应用
(1)自行车车胎上刻有载重 量。如车载过重，则车胎受到 压强太大而被压破。
(2)座垫呈马鞍型，它 能够增大座垫与人体的接 触面积以减小臀部所受压 强，使人骑车不易感到疲 劳。
自行车中 的 力学知识
3:知识应用
d．简单机械知识的应用 龙轮用了车省的 头牙了省皮力车 与盘 轮 力 的 杠闸 自 转； 轴 或 拉 杆把 行 轴后 ： 省 力 ，与 车 等轮 脚 距 。 可连 制 。与 蹬 离 自 增杆 动 飞板，行大是系 轮与还车对一统 及链使为刹个中
前轴
自行车中 的 力学知识
e．功、机械能的知识运用
1840年，英格兰的铁匠麦克米伦，进过改进制造出了 前后轮都用铁制．前轮大，后轮小的自行车。
自世界上第一辆自行车问世至今已有200多年的 了。 自行车中 的 力学知识
前轮
(2)弹簧的减震作用
自行车中 的 力学知识
2:自行车结构
2:驱动系统
切记：
脚蹬、中轴、 1840年，英格兰的铁匠麦克米伦，进过改进制造出了 前后轮都用铁制．前轮大，后轮小的自行车。
自行车中 的 力学知识
自行车身上的力学知识
自行车身上的力学知识自行车在我国是很普及的代步和运载工具。
在它的“身上”运用了许多力学知识，1．测量中的应用在测量跑道的长度时，可运用自行车。
如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。
那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。
2．力和运动的应用(1)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。
如车的外胎，车把手塑料套，蹬板套、闸把套等。
变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。
如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可迅速停驶。
而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。
(2)弹簧的减震作用。
车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。
3．压强知识的应用(1)自行车车胎上刻有载重量。
如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。
(2)座垫呈马鞍型，它能够增大座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．简单机械知识的应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：脚蹬板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。
5．功、机械能的知识运用(1)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。
(2)动能和重力势能的相互转化。
如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，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。
6．惯性定律的运用快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮为什么会跳起来。
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，根据惯性定律，人和后轮要保持继续向前的运动状态，所以后轮会跳起来。
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自行车力学分析——公路车
公路自行车，俗称"公路车"。
特点
1. 轮胎比普通自行车的轮胎窄，并且胎压可以达到100-200psi(pounds per square inch)
以上，所以在行驶过程中的滚动阻力和山地车相比小不少。
2. 飞轮与牙盘的齿比(即齿数比值)很大，一般的公路自行车齿比可达到53:11甚至更高。
3. 现在的公路自行车广泛采用了新型材料，比如钛合金，碳纤维，高级铝合金材料等等，
所以公路自行车的重量很轻，可以达到5kg以下，但国际自联规定的参赛车不得低于6.8kg。
4. 普遍采用了很硬的材料，易于运动员发力。这一点和山地车是很不相同的。因为公路自
行车都是在路况比较好的公路上面骑行，所以不需要象后者那样，过于考虑吸收震动的问题。
由于上述的特点，公路自行车[5]的骑行速度要比普通自行车快很多。
结构力学
1.车架
车架作为整个自行车的骨架，最大
程度地决定、影响了骑行姿势的正
确性和舒适性。
车架是自行车中间一部分的总称，
由上管，下管，中管组成，承担着
整个车的主体作用，连接前轮，后
轮，把手，坐垫，变速器等。因受
力偏向不同，具体分为以下几类
一：压缩架
压缩架与水平架两大几何结构最大
的区别在哪呢？水平架的上管与地
面平行，压缩架也不是，这非常好
辨认。而压缩架的用途，一般是坡
道，长途。
1.爬坡架
这类架子存在很大争议，因为压缩
架本身就是爬坡用，是不存在爬坡
架说法存在的，但此说法比较常见且为了便于记忆，更细致划分类型，还是加了进来。
爬坡架不同于古典，可以说是实打实的纯正压缩车架，古典与爬坡的关系大概可以用各大品
牌安卓机与谷歌原生nexus形容，本质相同，但也有差距。爬坡架更多带来的是强大的爬坡
能力，不追求过高的舒适程度
2.综合架
综合架是一种非常模糊的概念，我们常常喊综合架怎么怎么样，但也许并不了解。这类车架
属于混血种，混的血呢是模式上的，意思就是说几何结构为压缩架，但功能上是交杂的。大
概可以分为：爬坡气动（代表车型：TREK MADONE系列），古典气动（代表车型：cervelo R5）
等。【欢迎补充】
实际上，现在设计的车架多多少少都有几种成分存在，但大都偏于某一方面，所以分类时不
分在综合架中
。二：水平架
顾名思义，上管与地面平行的车架。
气动架
气动架对比水平架，优点在于匀速骑行时会有一定的助力，缺点逼格过高，遭人抢夺率增高
且相对水平架冲刺时似乎效果并不显著。
2.轮子
特点
1.轮胎很窄，降低空气阻力及地面摩擦力，但也降低了抓地力。
2.胎皮纹理较细，较平滑，降低摩擦力，但对
地形要求高
3.集薄，耐磨等特点为一体，对材料
要求高。
3.车把
1.公路车车把一般用弯把，弯把与一
般车把不同，两边向下弯曲（详见
图），使人在骑行时风阻更小，配合
坐垫高度，便固定了人骑车的最佳姿
势。
2.弯把驾驭方式
骑乘公路车使用弯把好处虽多，但其异于
平把的简单造型，让很多初入门的自行车
车友望之却步。事实上，骑乘者是能够运
用弯把特殊的造型，采用不同的把位握法
来因应不同的骑乘情况。在新手上路前，
需要知道如何运用这些不同的握法，不论
是在平面道路、上下坡以及煞车的情况下
都能采用正确的方式。除此之外，还够有
效的消除手腕、肩颈部位的疲劳，即使是
路途遥远的大型赛事也能够轻松应对。
基本上，弯把公路车的握法位置可分成三种：
一、上把
采用上把的握姿通常见于轻松骑乘的状态，这时候骑乘者的上半身较为挺直。骑乘时较少出
现方向或速度变换，需要休息的时候此种握法也经常可见。
公路车把手教学-弯把基本姿势灵活运用自如
爬坡时的困难
因为爬坡需要释出更大的力气来踩动踏板，手握握把上方可以稳稳的扣住车头与稳定方向，
避免车身晃动，也能避免骑乘者因为晃动上半身而抵消了腿部踩踏的力道。
二、煞变把
此种把位便于操作变速器换档，也可以及时的
控制煞车，是最广为使用的方式。
公路车把手教学-弯把基本姿势灵活运用自如
遇到危险的情况
建议入门者可以采用双手分别握住煞车的姿
势，同时煞住前后轮以保安全。但也提醒大家，
如果遇到了无法闪避的危险情况或是下坡失
速时，请务必先煞后轮再煞前轮。这样做虽然
会使后轮锁死造成打滑，但目的是为了避免骑乘者直接撞击前方，猛烈的力道将造成车手更
大的伤害。
三、下把
手握下把常见于下??坡、煞车与转弯的时机。
公路车把手教学-弯把基本姿势灵活运用自如
四．高手使用采用的方式
手握下把会迫使骑乘者的身体前弯，能够减少风切取得更小的风阻。车手采用握下把的方式
让身体的重心降低，也由于手臂延展使得力距较长的关系，操作车子转弯和变换行驶路线时
能够更加灵敏。好比低底盘的跑车，在加速或者过弯时都远比高底盘的休旅车来的稳定且灵
活。提醒车友们，观看这阵子的环法赛事时可以观察赛道上的选手，每一位选手在过弯的时
候一定都是手握下把的。
总结
公路车常常追求速度快，性能高，轻便，
高强度于一身，所以价格较高，且用途
较小，仅用于公路骑行和专业比赛，而
且对地形，地面质量要求极高，属于高
端产品。以上设计及特点，均为此服务。