自行车与物理
山东省滨州市滨城区杨柳雪镇实验学校李淑燕
自行车是一种简便的交通工具，从它的构造和使用过程中，可发现许多与物理有关的知识。现总结如下以方便师生学习：
一、力学知识
1．摩擦方面
（1）自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，并且使用摩擦大的材料，增大摩擦力。
（2）车轴处经常上一些润滑油，以减小接触面粗糙程度，来减小摩擦力。
（3）所有车轴处均有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，来减小摩擦。
（4）刹车时，用力捏紧车闸，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力。
（5）紧蹬自行车前进时，后轮受到的摩擦力方向向前，是自行车前进的动力，前轮受到的摩擦力方向向后，是自行车前进的阻力；自行车靠惯性前进时，前后轮受到的摩擦力方向均向后，这两个力均是自行车前进的阻力。
2．简单机械
（1）自行车刹车手闸是一个省力杠杆，车后坐的载物夹也是杠杆。脚踏和中轴大齿轮组成一个省力轮轴，后轮上小齿轮和后轮组成一个费力轮轴。车把和前叉也构成省力轮轴。
（2）自行车上坡走S形路线，相当于增加了斜面的长，可以省力，使上坡更容易。
3．运动方面
（1）自行车的速度约为（3-5）m/s。
（2）以树木为参照物，自行车是运动的；以树木为参照物，自行车是向后退的。
4．压强方面
（1）一般情况下，充足气的自行车前、后轮胎着地总面积大约为S＝100cm2，当一普通的成年人骑自行车前进时，自行车对地面的压力大约为F＝（600N+250N）＝850N，可以计算出自行车对地面的压强约为8.5×104Pa。
（2）自行车的车座较宽大，可以增大人与车座的接触面积，减小对人的压强，人骑座时感到舒服。
（3）在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，以减小压强。
（4）自行车的脚踏板做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对脚的压强。
（5）自行车的内胎要充够足量的气体，在气体的体积、温度一定时，气体的质量越大，压强越大。
5．惯性方面
（1）当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然前进，是由于它具有惯性。
（2）当人骑自行车前进时，若紧急刹车，一般情况下要先捏紧后刹车，然后再捏紧前刹车，或者前后
一起捏紧，这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去。
6．能量转化方面
（1）当人骑自行车下坡时，速度越来越快，是由于下坡时人和自行车的重力势能转化为人和自行车的动能。
（2）当人骑自行车上坡之前要紧蹬几下，目的是增大速度，来增大人和自行车的动能，这样上坡时动能转化为重力势能，能上得更高一些。
（3）自行车的车支架上挂有一个弹簧，在它弹起时，弹簧的弹性势能转化为动能，车支架自动弹起。
（4）自行车在不平的路面骑行时，车坐下被压缩的弹簧产生弹力，弹簧的弹性势能转化为动能，弹簧起到减震作用。
二、声学知识
（1）自行车的金属车铃发声是由于铃盖在不停的振动。
（2）自行车有些部位零件松动时，骑行时引起振动发生。
三、热学知识
（1）在夏天自行车轮胎内的气体不能充得太足，是为了防止自行车爆胎，因为对于质量、体积一定的气体，当温度越高，压强越大，当压强达到一定程度时，若超过了轮胎的承受能力，就会发生爆胎的情况。
（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。
四、光学知识
（1）自行车的后面都装有一个反光镜，它是由许多角反射器组成的。当有光线从任意角度射向尾灯时，它都能把光“反向射回”。在夜间，当汽车灯光照到它前方的自行车尾灯上，无论入射方向如何，反射光都能反射到汽车上，其光强远大于一般的漫反射光，就如发光的红灯，能引起汽车司机的注意。
（2）自行车铃的金属盖是凸面镜，能成正立、缩小的虚像。
有关自行车的16个问答
湖北省孝感市孝南区闵集中学董波
自行车是我们最常用的代步工具之一，在自行车上面涉及到很多的物理知识。对于下面与之有关的16个问题，你能回答几个呢？
1．自行车的车座为何设计成马鞍型？
答：这样可以增大臀部与车座的接触面积，减小车座对臀部的压强，人骑车时感到舒服，而不易感到疲劳。
2．自行车上的哪些部件属于简单机械？
答：刹车手柄相当于一个省力杠杆。中轴上的脚蹬和花盘齿轮组成省力轮轴（脚蹬半径大于花盘齿轮半径）；自行车龙头与前叉轴组成省力轮轴（车龙头转动的半径大于前叉轴的半径）；后轴上的齿轮和后轮组成费力轮轴（齿轮半径小于后轮半径）。
3．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，这是什么原因？
答：主要原因：气筒的活塞压缩气体做功，气体内能增加，气体传热给气筒壁，使其筒壁温度升高；次要原因：打气过程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功的过程，使筒壁内能增加，温度升高。
4．自行车的把手、脚踏板、轮胎等处，为什么会有凹凸不平的花纹？
答：通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦。
5．自行车的哪些部位要减小摩擦，用什么方法来减小？
答：在自行车的前轴、中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处等地方，都安有钢珠。人们骑自行车总是希望轻松、灵活、省力。而用滚动代替滑动就可以大大减小摩擦力，因此要在自行车转动的地方安装钢珠，我们还可以经常加润滑油，使接触面彼此离开，这样就可以使摩擦力变得更小。
6．紧急刹车时，新的轮胎为什么会在地面上留下一道黑的痕迹？
答：刹车时，车轮基本不转动，但由于惯性，车子仍要向前滑动，此时轮胎要克服地面摩擦做功，机械能转化为内能，轮胎因温度升高而焦化，所以会在地面上留下黑的痕迹。
7．骑自行车上坡，走s形路线比较省力，这是为什么？
答：自行车上坡，不管路线如何，骑上坡顶升高的高度是一样的，但走s形路线所走的路程长些，相当于把斜面的长度拉长了。在高度相同的情况下，斜面越长越省力，所以走s 形路线省力些。
8．骑自行车的人在上坡前，往往要用力蹬几下，这样做有什么好处？
答：骑自行车的上坡过程是动能转化为重力势能的过程，上坡前用力蹬几下，增大了车的速度，从而增大了车的动能，上坡过程中，这些动能转化为重力势能，车子容易爬到坡顶。
9．自行车下坡时，不再用力蹬车，车一般也会越来越快，这是为什么？
答：自行车下坡过程是重力势能转化为动能的过程，动能增大，速度也增大。
10．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？
答：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。（切记下坡或高速行驶时，不要单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故！）
11．自行车的尾灯不会发光，而有什么作用？
答：在夜间，当汽车灯光照到它前方的自行车尾灯上时，光反射到汽车上，远远看去尾灯好像发光的红灯，这足以让汽车司机观察到．从而避免交通事故的发生。
12．刹车以后，自行车为何能停止？
答：刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完全刹住，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，方向向前），方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。
13．如何利用自行车测跑道长度？
答：普通自行车车轮的直径为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。
14．自行车座板下的弹簧有什么作用？汽车轮胎知识
答：由于弹簧发生弹性形变，能起到减震的作用。
15．骑变速自行车上坡时，为什么感觉比较轻松？