自行車車架的仿生原理

【專家解說】：1、摩擦方面 (1)自行車車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些花紋，增大接觸面粗糙程度，增大摩擦力。 (2)車軸處經(jīng)常上一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度，來減小摩擦力。 (3)所有車軸處均有滾珠，變滑動摩擦為滾動摩擦，來減小摩擦，轉(zhuǎn)動方便。 (4)剎車時，需要纂緊剎車把，以增大剎車塊與車圈之間的壓力，從而增大摩擦力， (5)緊蹬自行車前進(jìn)時，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進(jìn)的動力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進(jìn)的阻力； 自行車靠慣性前進(jìn)時，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個力均是自行車前進(jìn)的阻力。 2、壓強(qiáng)方面 (1)一般情況下，充足氣的自行車輪胎著地面積大約為 S=2×10Cm×5cm=100×cm2，當(dāng)一普通的成年人騎自行車前進(jìn)時，自行車對地面的壓力大約為F=(500N+150N)=650N，可以計算出自行車對地面的壓強(qiáng)為6。5×104Pa。 (2)在車軸擰螺母處要加一個墊圈，來增大受力面積，以減小壓強(qiáng)。 (3)自行車的腳踏板做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對腳的壓強(qiáng)， (4)自行車的內(nèi)胎要充夠足量的氣體，在氣體的體積、溫度一定時，氣體的質(zhì)量越大，壓強(qiáng)越大。 (5)自行車的車座做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對身體的壓強(qiáng)。 3、輪軸方面 (1)自行車的車把相當(dāng)于一個輪軸，車把相當(dāng)于輪，前軸為軸，是一個省力杠桿，如圖3所示。 (2)自行車的腳踏板與中軸也相當(dāng)于一個輪軸，實(shí)質(zhì)為一個省力杠桿。 (3)自行車的飛輪也相當(dāng)于一個省力的輪軸。 4、杠桿方面 自行車的剎車把相當(dāng)于一個省力杠桿。 5、慣性方面 (1)當(dāng)人騎自行車前進(jìn)時，停止蹬自行車后，自行車仍然向前走，是由于它有慣性。 (2)當(dāng)人騎自行車前進(jìn)時，若遇到緊急情況，一般情況下要先捏緊后剎車，然后再捏緊前剎車，或者前后一起捏緊，這樣做是為了防止人由于慣性而向前飛出去。 6、能量轉(zhuǎn)化方面 (1)當(dāng)人騎自行車下坡時，速度越來越快，是由于下坡時人和自行車的重力勢能轉(zhuǎn)化為人和自行車的動能。 (2)當(dāng)人騎自行車上坡之前要緊蹬幾下，目的是增大速度，來增大人和自行車的動能，這樣上坡時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，能上得更高一些。 (3)自行車的車梯上掛有一個彈簧，在它彈起時，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，車梯自動彈起。 7、聲學(xué)方面 自行車的金屬車鈐發(fā)聲是由于鈴蓋在不停的振動，而汽笛發(fā)聲是由于汽笛內(nèi)的氣體不斷的振動而引起的。 8、齒輪傳動方面 線速度和角速度的關(guān)系，如圖5所示，設(shè)齒輪邊緣的線速度為v ，齒輪的半徑為R，齒輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω，則有v = ωR。 二、熱學(xué)知識 在夏天自行車輪胎內(nèi)的氣體不能充得太足，是為了防止自行車爆胎，因?yàn)閷τ谫|(zhì)量、體積一定的氣體，當(dāng)溫度越高，壓強(qiáng)越大，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到一定程度時，若超過了輪胎的承受能力，就會發(fā)生爆胎的情況。 三、光學(xué)知識 在日常生活中，自行車的后面都裝有一個反光鏡，它的設(shè)計很巧妙，組它是由三個相互垂直的平面鏡組成一個立體直角，用其內(nèi)表面作為反射面，這叫角反射器。當(dāng)有光線從任意角度射向尾燈時，它都能把光“反向射回”，當(dāng)光線射向反光鏡時，會使后面的人很容易看到。在夜間，當(dāng)汽車燈光照到它前方的自行車尾燈上，無論入射方向如何，反射光都能反射到汽車上，其光強(qiáng)遠(yuǎn)大于一般的漫反射光，就如發(fā)光的紅燈，足以讓汽車的司機(jī)觀察到。 四、電學(xué)方面 在有些自行車上裝有小型的發(fā)電裝置，它利用摩擦轉(zhuǎn)動，就像我們在實(shí)驗(yàn)室中看到的手搖發(fā)電機(jī)一樣，發(fā)出的電能供給車燈工作，起到一定的照明作用。