張鑫蕾

摘要：阿基米德有這樣一句流傳很久的名言：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起整個(gè)地球！”，這句話便是說杠桿原理。省力是機(jī)械制造中的重要指標(biāo)之一，杠桿原理在其中的運(yùn)用達(dá)到了極致。在我們的生活中，杠桿與輪軸原理無處不在，蹺蹺板，指甲鉗、剪刀等等。它們有著省力，費(fèi)力和平衡之分。通過觀察分析自行車，簡要論述自行車的杠桿原理。

關(guān)鍵詞：自行車;杠桿;省力;費(fèi)力

自行車，又稱腳踏車或單車，通常是二輪的小型陸上車輛。人騎上車后，以腳踩踏板為動(dòng)力，是綠色環(huán)保的交通工具。自行車種類很多，有單人自行車，雙人自行車還有多人自行車。自行車的車架、輪胎、腳踏、剎車、鏈條等25個(gè)部件中，其基本部件缺一不可。其中，車架是自行車的骨架，它所承受的人和貨物的重量最大。按照各部件的工作特點(diǎn)，大致可將其分為導(dǎo)向系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)：

1.導(dǎo)向系統(tǒng)：由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。

2.驅(qū)動(dòng)（傳動(dòng)或行走）系統(tǒng)：由腳蹬、中軸、牙盤、曲柄、鏈條、飛輪、后軸、后輪等部件組成。人的腳的蹬力是靠腳蹬通過曲柄，鏈輪、鏈條、飛輪、后軸等部件傳動(dòng)的，從而使自行車不斷前進(jìn)。

3.制動(dòng)系統(tǒng)：它由車閘部件組成、乘騎者可以隨時(shí)操縱車閘，使行駛的自行車減速、停駛，確保行車安全。

而自行車車運(yùn)用的杠桿原理，以下作具體說明。

一、杠桿原理

杠桿是一種簡單機(jī)械。在力的作用下能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒就是杠桿。在生活中根據(jù)需要，杠桿可以是任意形狀。蹺蹺板、剪刀、扳子、撬棒、釣魚竿等，都是杠桿?；喪且环N變形的杠桿，定滑輪的實(shí)質(zhì)是等臂杠桿，動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)是阻力臂是動(dòng)力臂一半的省力杠桿。

杠桿五要素

支點(diǎn)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)，通常用字母O來表示。

動(dòng)力：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力，通常用F1來表示。

阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力，通常用F2來表示。

動(dòng)力臂：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離，通常用L1表示。

阻力臂：從支點(diǎn)到阻力作用線的距離，通常用L2表示。

（注：動(dòng)力作用線、阻力作用線、動(dòng)力臂、阻力臂皆用虛線表示。力臂的下角標(biāo)隨著力的下角標(biāo)而改變。例：動(dòng)力為F3，則動(dòng)力臂為L3;阻力為F5，阻力臂為L5.）

二、自行車車把、剎車握柄、踏腳的杠桿原理

自行車的車把，是控制前輪轉(zhuǎn)向的等臂杠桿，支點(diǎn)就是連著把手中間那根軸，力臂是手握的著力點(diǎn)和支點(diǎn)之間的垂直距離，人們用很小的力就能轉(zhuǎn)動(dòng)自行車前輪，來控制自行車的運(yùn)動(dòng)方向和自行車的平衡。

仔細(xì)觀察自行車中的控制剎車閘的握柄的形狀，一端是手抓的長柄另一端連著鋼絲，拉動(dòng)鋼絲所需要的阻力就是剎車的阻力，整個(gè)把手像一個(gè)蹺蹺板一樣固定在車把上，而鋼絲一端顯然比把手那邊短，阻力臂小于用力臂，這就形成了省力杠桿，人們用很小的力就能使車閘以較大的壓力壓到車輪的鋼圈上。

三、自行車腳踏與輪盤、后輪與小齒輪的杠桿原理

自行車的前軸，即自行車手把與前叉軸，組成省力輪軸，因?yàn)槭职艳D(zhuǎn)動(dòng)的半徑大于前叉軸的半徑。自行車的中軸，即自行車的踏腳與大齒輪，也用到了杠桿原理，腳蹬半徑大于大齒輪半徑。以飛輪的輪軸為支點(diǎn)，用較長的鐵桿來轉(zhuǎn)動(dòng)鏈條上的飛輪。當(dāng)動(dòng)力作用于輪上是，大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，輪與軸之間連續(xù)旋轉(zhuǎn)，它們之間構(gòu)成了省力輪軸，便于人們輕便騎車。踏腳飛輪上用到了齒輪，以防止鏈條打滑。

自行車的后軸，即自行車后輪與小齒輪，也用到了輪軸原理。因?yàn)辇X輪半徑小于后輪半徑，當(dāng)動(dòng)力作用于軸上時(shí)，形成了費(fèi)力輪軸。

腳蹬是輪軸，但同時(shí)輪軸也用了杠桿的原理，腳踏板是動(dòng)力，鏈條是阻力，支點(diǎn)是中間圓盤的軸。自行車由許多的簡單機(jī)械構(gòu)成：執(zhí)行部分的車把，控制部分中的車閘把，后閘部件中的前曲拐，后曲拐及支架，貨架上的彈簧夾，車鈴的按鈕等部件都屬于杠桿。傳動(dòng)部分中的腳蹬、鏈條，后輪外圈的車胎是阻力，自行車鏈條是動(dòng)力，車輪軸是支點(diǎn)。

四、結(jié)語

自行車的骨干就是車架，車架支撐了自行車所有的重量。自行車車架要和別的零件組合起來會(huì)有交點(diǎn)，而有些交點(diǎn)就成為了杠桿的支點(diǎn)。所以一輛自行車上會(huì)有很多個(gè)運(yùn)用到杠桿原理與輪軸原理的地方，所以我們可以很輕松的把自行車騎起來。

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