下图为我的座驾,20寸折叠自行车,变速档位2×9档。有人问我这么小的自行车骑行起来可以吗?我的回答是:这款车既体积小巧又功能强大,日常通勤、外出游玩完全胜任。

本文通过对自行车各组成部件的介绍,阐明其中所运用到的物理化学数学知识。外加一些自行车保养和安全行车小常识。

初中物理自行车知识点(公路自行车基本结构和运用到的中学物理化学数学知识)(1)

我的座驾 大行sp18

自行车诞生200余年来,早已融入人们的生活当中。可以说人们对它是那样熟悉,很多情况都认为是理所应当。今天我从物理学化学数学的角度来解释一些理所应当的现象:

自行车也是一类车辆,从功能上讲也具备运动、承重的属性。那我们就从组成自行车的各部分结构说起。

  1. 车轮

自行车的运动、承重结构部件。有前后两轮,由内向外依次由车轮轴、花鼓、辐条、车圈、内胎、外胎组成,相互之间位置固定,构成半径不一的同心圆结构。

后车轮和飞轮连接,飞轮向前转动则带动整个后轮向前转动,当飞轮静止不动或者向后转动的时候不影响后轮继续向前运动。

前后轮共同承担整车重量,其中由于前轮负责转向,要求更加灵活,故后轮承重占比较多。这也就是后轮磨损更为严重的原因。

  1. 驱动变速装置

自行车的运动结构部件,将人提供的动力转化为自行车动力的装置。包括中轴、曲柄、脚踏板、牙盘、前拨、链条、飞轮、后拨。其中前四项固定在中轴上,牙盘有同轴不同大小多层,飞轮有同轴不同齿数多级。

人的双脚依次踩踏脚踏板,带动牙盘旋转。牙盘通过链条带动飞轮一同旋转。由于是链条连接,牙盘和飞轮的线速度相同。而飞轮和后轮为同心圆结构,故二者角速度一样。由此得出结论牙盘越大,飞轮越小,则脚踏板每蹬一圈后轮转动的圈数越多,反之越少。给人的主观感受是,道路条件一致,相同的踏频,前者更高效,后者更省力。

以上是变速器的作用依据。实际实用中,在起步和爬坡过程中,我们需要更加省力的方式,这个时候控制前后指拨让牙盘处于更小圈,或者飞轮处于更大齿数。当我们的骑行速度逐渐加大,两腿有踩空的感觉时,控制指拨让牙盘处于大圈,飞轮处于小齿数,则更有利于功率的高效输出。

  1. 承重连接装置

包括车架、竖管、车把、前叉、坐管、车座、后上叉、后下叉。自行车之所以称之为车,这些部件赋予了自行车承重的能力。

车架多为三角形和由三角形衍生出来的其他组合形状。这里运用到数学中三角形的稳定性,可以用三角形全等的理论证明,当若干长度和角度组合确定时,那么这个三角形也就是固定不变了。

车把、竖管、前叉一方面通过转轴连接车架,一方面连接前轮和骑手。根据轮轴原理,骑手控制车把带动前叉和前轮转向。

坐管和车座连接车架,同时为骑手提供舒适的乘坐条件。

后上叉和后下叉固定在车架上,属于车架的一部分,同时和后轮连接,是另一个三角形稳定结构。

  1. 刹车装置

分为V刹和碟刹。

V刹是位于车圈外围的刹车块,通过闸线的拉动,拉紧刹车块,刹车块夹紧车圈来阻碍车轮运动,达到刹车的目的。

碟刹是和车轮同轴的碟形金属片,通过闸线的拉动,压实碟形金属片,从而阻碍车轮运动,达到刹车的目的。

  1. 附件

包括反光板、车铃、闪光灯、脚撑、码表、水壶架、车锁、后货架……

一台完整的自行车务必具备安全性,同时还要兼具功能性与实用性。上述设备也起到了不同程度的作用。

  1. 其他

爱车需要定期清洁保养。自行车车体覆盖有完整的喷漆涂层。这是隔绝金属车身与外界空气、水的屏障,一旦破损或经日晒雨淋、高温低温而老化,得不到保护的车体内部金属材料将会受到腐蚀。

运动部件中链条需要定期除杂上油,减少磨损,以增加自行车使用寿命。

刹车线需要定期调整。刹车时需要前后同时同力度进行,否则会出现向前栽倒或者后轮抱死摆尾的情况。

车轮打气,由于气体热胀冷缩,冬天往往胎压高一点,夏天胎压低一点。

车座、车把高度调节,使骑行过程中骑手体重分摊到车座、车把和脚踏板上,不给会阴部、手腕、脊椎带来过大负担。

回到开头的问题,我的20寸自行车到底能不能胜任公路骑行。

这里可以简单计算一下。按照人类肌肉张力的特性,骑行时的踏频有适合的区间,任何人都不可能无限制加速下去。就是说踏频有一个上限,通常不会超过150rpm。而在这个踏频之下选择了最大的牙盘和最少齿数的飞轮,可以达到的速度来到了60km/h,这可以满足绝大部分人了。同时小牙盘大飞轮组合对于城市公路的坡度也完全可以应付。再加上不输大车的前后轴距,可以说此车的骑行体验的极佳的。此外,车轮直径小,可以折叠,快速拆装,方便省地是同大尺寸自行车相比的一大优势。

最后提个问题:自行车是省力装置还是费力装置呢?

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