自行车中的物理知识

一、 课题背景
众所周知，中国是世界上自行车拥有量最多的国家，是公认的“自行车王国”。作为一种最普及最方便的代步工具，它与我们的生活息息相关。就我们中学生而言，也与自行车结下了不解之缘。常见的自行车有许多种：像山地车、跑车、公主车、淑女车，等等。说起骑车，或许我们都会，但要系统、详尽地解释其中的物理知识，未必人人都能够做到。为了明确这些问题，也为了更好地将物理知识运用到日常生活中，我们决定选择此课题作为本学期研究性学习的课题。
二、 研究结论
可以说，自行车中处处蕴含着物理知识，副力学、运动学、热学甚至有些涉及到了电学（如电动自行车、自行车的简单电路等）。
首先，我们从车型说起：按照车轮的直径，可以将自行车分为２８型、２６型等若干车型。也许有人要问，２６、２８是什么意思。其实这个问题开始也困扰过我们。但是，后来我在修自行车的过程中，偶然发现车胎上写着７１cm，我找来卷尺，量出直径，恰好为７１cm，后来，通过查阅字典的英制单位, 1英寸=2.54cm。同理，２４、２６也如此！
下面是我们的研究成果：
（一）前后轮摩擦力方面的问题
在开始课题研究时，指导老师和我们提出了一个问题：“前后轮所受摩擦力方向是否一致？”我们几个人异口同声地说“不同”，但具体是什么方向，我们也说不好。
正好，有些同学研究黑板擦问题。他们用黑板擦在黑板上滑动时，可以清楚地看到毛毡面变形，而变形方向与相对滑动方向恰恰相反，我们从中大受启发。
最后我们确定实验研究法。
前轮：将一条厚海绵裹在车轮上，固定好，让前轮自由转动，保持前进状态，然后刹车，这时车轮下的海绵都挤在车轮着地点的后方，由此推知地面给前轮一个向后的摩擦力与车前进方向相反，是阻力；对于后轮，我们先把它架空，驱动脚蹬，使车轮转起来，然后让它着地，在着地的一瞬间，发现海绵挤在车轮着地点的前面，实验表明地面给车后轮一个向前的磨擦力，导致车前进，这也就是自行车能前进的原因。
结论：前轮受的磨擦力向后，后轮受的磨擦力向前。后轮提供车前进的动力。
（二）自行车轮胎中的物理知识
自行车的轮胎在自行车整个结构中占有重要的地位，缺少了它，自行车就会失去生命，不能前进。同时，轮胎中也包含了许多的物理知识。
我们小组四个人，每个人骑不同型号的自行车，在较光滑的路面上（地面上的阻碍物，如小石子等已被除去），同时同地开始行进，行进途中保持相同的速度，行驶到规定的距离时，同时捏闸后，车轮与地面保持滑动磨擦，车轮与地面滑动磨擦测得的轨迹长短不同，经过多次实验作出图表。第一次我们发现普通车停的较快，经过多次实验发现，在同样的情况下，最先停下来的车型不大相同，没有一定的规律性。这与理想状态有一定差距（我们想像中的情景：在相同情况下，四辆自行车应同时停下来）。我们经过思考和研究认为，造成我们这一实验失败的主要因素有：闸皮与车轮的接触程度不同，轮胎中充气的质量有一定的差异，路面的状况以及车速的把握上还有一定的欠缺，其他因素还有待我们去研究，经过多次研究讨论我们决定调试配重并且调整好闸皮与钢圈之间距离又经过实验，我们发现粗糙的自行车轮胎与地面磨擦的轨迹较短。图表如下：
 捷安特 飞鸽 凤凰（老式）
第一次 2.85m 3.08m 3.12m
第二次 2.30m 2.47m 2.59m
第三次 3.15m 3.23m 3.41m
第四次 2.66m 2.78m 2.99m

为什么轮胎粗糙的自行车滑动距离较短呢？我们根据所学的物理知识做了解释。当三种自行车的质量m一定时，自行车的加速度a为负值，a=μg，粗糙的轮胎与地面的动磨擦因数μ较大，磨擦力Ｆ也越大，加速度值越大，根据Ｖ0＝at，s= 得 ，由此得出结论，轮胎越粗糙的自行车，在其他因素相同的情况下磨擦的轨迹越短。
 

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