隋淑君 齊全

關(guān)于自行車(chē)的發(fā)明，眾說(shuō)紛紜，但是可以肯定的是：較為實(shí)用的自行車(chē)，是在18世紀(jì)中葉出現(xiàn)的.它是經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，不斷完善而成的.如今的自行車(chē)家族，可謂‘人丁興旺：加重自行車(chē)、輕便自行車(chē)、坤式自行車(chē)、山地自行車(chē)、賽車(chē)、童車(chē)、變速自行車(chē)、折疊自行車(chē)……現(xiàn)代自行車(chē)的制造，融入了更多的科學(xué)技術(shù)與合成材料，使得自行車(chē)更舒適、輕便.自行車(chē)雖然從大小、樣式等方面發(fā)生了巨大變化，但是基本結(jié)構(gòu)及原理，駕駛技巧等幾乎沒(méi)變.

1基本結(jié)構(gòu)及物理原理

用于掌控方向的“車(chē)把”，是一個(gè)省力杠桿，也是一個(gè)變形的輪軸.自行車(chē)用杠桿、輪軸的地方很多，例如，車(chē)閘手柄、曲柄、都是省力杠桿；飛輪、齒盤(pán)、都是輪軸.

為了減少摩擦，自行車(chē)的轉(zhuǎn)軸部分都安裝了軸承，例如中軸、前后軸、前叉、飛輪內(nèi)部，軸承是用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，目的是為了減小摩擦.不過(guò)自行車(chē)也有故意增大摩擦的地方：手把、腳蹬、輪胎、鞍座表面等，都有各種各樣的花紋，就是利用增大接觸面的粗糙程度，來(lái)增大有益摩擦力的.

自行車(chē)的“三角架”、后衣架、等處的三角形結(jié)構(gòu)，充分利用了三角形的穩(wěn)定性，從而最大限度地減少車(chē)體質(zhì)量，也就是減少車(chē)重（G=mg），使自行車(chē)更輕便.

“鞍座”制成馬鞍形，是為了增大受力面積而減少壓強(qiáng)；在鞍座下有減震彈簧，彈簧的減震原理是：根據(jù)沖量公式Ft=ΔP可知，沖量一定時(shí)，延長(zhǎng)作用時(shí)間，可減小作用力，當(dāng)然充氣的輪胎，也起到一定的減震作用；說(shuō)到給輪胎充氣，還真有不少說(shuō)道呢，通常后胎氣壓稍大250 Pa左右，前胎200 Pa左右即可，不能充氣過(guò)足，根據(jù)查理定律P/

=C可知：體積一定時(shí)，壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比，特別是夏天，在陽(yáng)光暴曬下氣壓變大，會(huì)發(fā)生爆胎；自行車(chē)的氣門(mén)塞，是一個(gè)單向閥門(mén)；給自行車(chē)打氣時(shí)，打氣筒會(huì)發(fā)熱，這是打氣時(shí)，活塞對(duì)氣體做功，使氣體內(nèi)能增大的緣故.不過(guò)也總有人認(rèn)為，這是活塞與氣筒摩擦所致，可驗(yàn)證如下：不接輪胎，空壓打氣筒手柄數(shù)次，打氣筒不會(huì)發(fā)熱；堵住打氣筒出氣口，按壓打氣筒手柄同樣次數(shù)，打氣筒會(huì)發(fā)熱，說(shuō)明是活塞對(duì)氣體做功，使氣體內(nèi)能增大.

當(dāng)你騎著自行車(chē)行駛時(shí)，可曾想到：后輪與地面的摩擦力，才是使自行車(chē)向前運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力.你踏動(dòng)腳蹬，通過(guò)齒盤(pán)經(jīng)鏈條、飛輪驅(qū)動(dòng)后輪，使后輪產(chǎn)生一個(gè)繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，地面與輪胎的磨擦力阻止車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，于是車(chē)輪沿地面向前滾動(dòng).而前輪與地面的摩擦力方向向后，正是這個(gè)阻力，增加了你的疲勞感.

變速自行車(chē)設(shè)計(jì)的非常巧妙，行進(jìn)中可變換使用，飛輪上直徑不同的齒盤(pán).公式P=Fv表明：功率一定時(shí)，速度越大牽引力越小，所以路況好時(shí)，使用飛輪上直徑較大的齒盤(pán)，盡可能地提高自行車(chē)速度.

現(xiàn)代自行車(chē)，為了適應(yīng)交通法規(guī)的要求，還裝有振鈴和尾燈，用拇指撥動(dòng)按鈕，鈴錘敲打鈴殼，鈴殼震動(dòng)發(fā)出清脆的鈴聲，按鈕是一個(gè)拇指肚大小的圓片，應(yīng)用了“增大受力面減少壓強(qiáng)”的原理，體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計(jì)理念；尾燈是由多個(gè)小三棱錐組成的紅色反射面，能夠使汽車(chē)燈光發(fā)生漫反射，汽車(chē)駕駛員在不同角度，都能看到反射的紅光，這里巧妙地應(yīng)用了，“不透明物體的顏色，是由它反射的色光決定的”這條物理規(guī)律.

2運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象及其成因

行駛在平坦路段，即使停止用力，自行車(chē)也會(huì)向前“滑行”一段，顯然是慣性現(xiàn)象；如果在下坡路段，即使不用力，自行車(chē)也會(huì)越來(lái)越快，這是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的緣故，公式E=1/2Mv2告訴我們：人和車(chē)的總質(zhì)量M不變，當(dāng)動(dòng)能E變大時(shí)，自行車(chē)速度v變大，不過(guò)要注意噢，剎車(chē)時(shí)一定要先剎后輪，如果先剎前輪，由于慣性，人和車(chē)?yán)^續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，后輪易“彈起”，使人前傾，發(fā)生危險(xiǎn)；你還會(huì)發(fā)現(xiàn)：越是用力握閘柄，剎車(chē)距離越短，這是因?yàn)閯x車(chē)時(shí)，通過(guò)省力杠桿閘柄、“剎車(chē)線(xiàn)”、“剎車(chē)組件”給“剎車(chē)皮”（俗稱(chēng)閘皮）施加壓力，從而增大剎車(chē)皮與車(chē)圈的摩擦力，因?yàn)榻佑|面積一定時(shí)，壓力越大摩擦力越大.

3駕駛技術(shù)的物理依據(jù)

要說(shuō)車(chē)技，當(dāng)首推自行車(chē)雜技演員，驚險(xiǎn)奇特的動(dòng)作令人眼花繚亂.然而一般人騎車(chē)也要有一定技術(shù)：上坡前要猛蹬幾下，加快運(yùn)動(dòng)速度，以便有更多的動(dòng)能（E=1/2Mv2），用來(lái)轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能（E=mgh）；如果上較長(zhǎng)的坡，還可走S形路線(xiàn)，雖然多走了路程、多用了時(shí)間，但是總比直接上坡容易些；從公式W=FS可知，做功（W）一定時(shí)，增加作用距離（s），可以省力（F）；從公式P=W/t可知：做功（W）一定時(shí)，增加做功時(shí)間（t），可減小輸出功率（P），這是走S形路線(xiàn)，容易上坡的奧秘.

騎車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，身體向彎道內(nèi)側(cè)傾斜，是重力與地面對(duì)車(chē)輪支持力的合力，為作圓周運(yùn)動(dòng)的騎車(chē)者，提供了必要的向心力.

車(chē)技再高，也必須在一定速度下才能保持平衡，這是“陀螺效應(yīng)”.所謂“陀螺效應(yīng)”可簡(jiǎn)單理解為：物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，離心作用使物體自身保持平衡.自行車(chē)以一定速度運(yùn)動(dòng)，是前后兩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，維持了車(chē)體的平衡.

常騎自行車(chē)的人，往往有這樣一個(gè)常識(shí)：用后衣架帶重物時(shí)，最好用長(zhǎng)布袋垂掛于兩邊，這樣才平穩(wěn).這是“重心低穩(wěn)度大”的緣故.

自行車(chē)是人類(lèi)制造的交通工具中，最為環(huán)保的一種，騎自行車(chē)即鍛煉身體，又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，自行車(chē)代步，是真正的“低碳”行動(dòng).