自行车的构造及其物理原理与维护

自行车是人们代步的工具。随着各种物理原理的应用，自行车家族发生了巨大的变革。

自行车的构造

摩擦力

一. 摩擦力的应用

——自行车为什么能前进？

自行车也和其它车辆一样，是靠车轮与地面的摩擦力前进的。自行车由于自身有质量、有自重，车轮和地面都不光滑，压在路面上就会产生静摩擦力。当人骑上自行车，用力使自行车开始运动，后轮与地面产生静摩擦力，其方向与自行车前进方向相同，所以推动自行车向前运动。

二. 压力越大，摩擦力越大

——自行车为什么能停止？

制动装置（刹车）在自行车中有着十分重要的作用。刹车不灵而导致的交通事故屡见不鲜，自行车是采用什么方法来制动的呢？

自行车的刹车是利用摩擦力使自行车减速和停止前进。当我们使用刹车时，刹皮与车轮间的摩擦力，使车轮停止运动或速度减小，车轮与地面见的摩擦力由滚动摩擦变成滑动摩擦，强大的滑动摩擦力方向与自行车前进方向相反，使自行车迅速减速（或迅速停止运动）。

三. 增大粗糙程度，增大摩擦力

——自行车外胎上为什么有凸凹不平的花纹？

自行车外胎上有凸凹不平的花纹，可以增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力，防止自行车打滑。

急刹车时，滑动摩擦力对车辆外胎磨损十分大，若使轮子总处于滚动，而不滑动时，则可避免对车轮磨损。因此可设想在自行车上另设置一刹车备用（可金属、橡胶……），平时运动时，刹盘提起脱离地面，刹车时，将刹盘按下与地面接触，使刹盘在地面滑动，产生滑动摩擦力，使车辆迅速减速直至停止，避免自行车外胎磨损。

四.滚动摩擦力比滑动摩擦力小

——自行车哪些地方安钢珠？为什么安钢珠？

自行车应当骑起来越轻松、越灵活才越好、越省力，所以在自行车转动的地方，中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处、飞轮等地方，都安有钢珠。转动地方安装钢珠是为了减小摩擦力，保护零件，节省动力，因为滚动摩擦比滑动摩擦小得多，用滚动来代替滑动可以大大减小摩擦，并经常加润滑油，使接触面彼此离开，摩擦变得更小、更省力。

杠杆

控制前轮转向的杠杆：自行车的车把，是省力杠杆，人们用很小的力就能转动自行车前轮，来控制自行车的运动方向和自行车的平衡。

控制刹车闸的杠杆：车把上的闸把是省力杠杆，人们用很小的力就能使车闸以比较大的压力压到车轮的钢圈上。

轮轴

一．自行车上的轮轴

中轴上的脚蹬和大齿轮：组成省力轮轴，由脚蹬半径大于大齿轮半径。

自行车车把与前叉轴：组成省力轮轴，手握把外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。

二．自行车行驶速度与车轮直径的关系

常见的自行车轮的直径有559mm（22英寸）、610mm（24英寸）、660mm（26英寸）、711mm（28英寸）的。骑28寸的比24寸的车费力一些，但速度快，因为28寸车轮的半径大，轮子每转一圈走的距离长一些，故速度快；半径大使轮轴的轴半径大，故费力。

三．自行车变速的道理

自行车能够前进运动，是靠人用车踩动脚蹬来提供动力，驱动后轮转动产生摩擦力而形成。而后轮的转动是通过链条把中轴、后轴上的链轮飞齿轮相连带动，两轮每个齿与各链条间的孔对应，大齿轮转过一个齿，齿轮也一定转过一个齿，绝不可能打滑。

四．变速车

新型变速自行车中，中轴链轮上有几个直径不同、齿数不同的齿盘，后轴飞轮有几个直径、齿数不同的齿盘，选择不同齿数的齿轮，通过链条相连带动，后轮转动的快慢就改变了，称为变速车。

气体体积减小，压强增大

早期的各种轮子都是木轮、铁轮，颠簸不已。现代自行车使用充气内胎主要是利用质量一定的气体体积减小，压强增大的原理。当路面不平给车胎带来冲击的时候，充气内胎的压缩和恢复有很好的缓冲作用，减小了颠簸，既保护了自行车，也减小前进的阻力，也使人感到舒适。

光的反射

有的自行车上有尾灯，还有一块黄色塑料片，不仅为装饰，主要是为反光而用。白天，红色等色最醒目，很远的地方都能看见，提醒司机注意；晚上人们骑车时，后面或侧面驶来汽车，车灯光射到自行车尾灯上，反射回去，提醒司机注意。

其实，生活就是教学。这不，连小小的自行车上都有那么多学问。