【自行车上的简单机械】六年级上册简单机械

　　自行车是人类发明的最成功的人力机械之一，是由许多简单机械组成的复杂机械.简单机械包括杠杆、滑轮、轮轴和斜面，在自行车中主要运用的是杠杆和轮轴的知识.下面我们就来认识自行车上简单机械.
　　一、自行车中的杠杆
　　1.自行车的闸把.如图1-1所示为闸把未工作时的实物图，当我们刹车时（如图1-2），会抓住闸把的A点，施加动力，闸把将绕着O点转动，并与固定部分分开.B处为刹车线，刹车线会对闸把施以阻力.将其简化成杠杆示意图，可以发现闸把的动力臂大于阻力臂，那它就是一个省力杠杆.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，从而起到较好的刹车效果.
　　2.自行车制动系统中的闸钳.如图2-1所示为闸钳的实物图.当我们抓紧闸把（如图2-2），刹车线将拉动A点，对于闸钳来说是动力，闸钳将绕O点转动，刹车皮B将被压在轮毂上，车轮对闸钳的力为阻力.通过杠杆示意图，我们不难发现，此时的动力臂也是大于阻力臂的，这个闸钳也是一个省力杠杆.
　　3.自行车的支撑架.人们骑自行车到达目的地后，经常会把支撑架撑起，将车停放下来，而这个支撑架也是一个杠杆.如图3所示，如果想把自行车停稳，我们在A点用力即为动力，弹簧的拉力为阻力，由图可知，动力臂大于阻力臂，这个支撑架是一个省力杠杆，让我们能更省力地将自行车停稳.
　　二、自行车中的轮轴
　　1．车把（如图4-1）相当于一个轮轴（如图4-2），车把相当于轮，前轴为轴，当我们想要改变行驶的方向时，会在车把上施加一个力，即在轮上施加动力，此时前轴对车把的力为阻力，作用在轴上，由于R大于r，动力就小于阻力，人们用很小的力就能转动自行车前轮来控制自行车运动方向和平衡.
　　2.中轴上的脚蹬和花盘齿轮.如图5-1所示，它们组成了简单机械中的轮轴，脚蹬相当于轮，花盘齿轮相当于轴.图5-2是脚蹬与花盘齿轮组成的轮轴示意图.脚蹬（轮的半径为R）花盘齿轮（轴的半径为r），动力F1是人脚对脚蹬的作用力，作用在轮的边缘上.阻力是链条对花盘齿轮的拉力，作用在轴的边缘上.因为脚蹬半径大于花盘齿轮的半径，这个就是省力轮轴，也就是骑自行车感到省力的原因.
　　3.自行车后轴上的小齿轮和后轮（图6-1）.图6-2是后轮与小齿轮组成的轮轴示意图.动力F1是链条对小齿轮（半径为r）的拉力.阻力F2是后轮（半径为R）前进时受到的阻力，作用在轮的边缘上.由后轮的半径大于小齿轮的半径可知，这个就是费力轮轴.
　　但是由于小齿轮每转一圈，后轮也转一圈，而后轮的半径远大于齿轮的半径，这就使小齿轮每转一圈，后轮通过的距离增加了许多.又因为大齿轮转动一圈，小齿轮要转好几圈.所以脚踏一圈，大齿轮转一圈，这样大大地增加了自行车通过的距离，这就是骑自行车快捷的原因.
　　其实自行车之所以这么快捷，还有一个很重要的原因，那就是前链轮和小齿轮（俗称飞轮）的齿数比（图7），我们以市场上较多的变速自行车为例.
　　例如，一辆普通自行车的车轮直径为66cm.自行车上的“最低”齿数配比可以是前链轮22齿，后轮30齿.这意味着齿数比n为0.73比1.每蹬一圈，后轮将转动0.73圈.也就是说，每蹬一圈，自行车将前进大约1.5m（s=πdn）；如果每分钟蹬60圈，则速度约为5.4km／h.自行车上的“最高”齿数配比可以是前链轮44齿，后轮11齿.这时的齿数比为4比1.如果车轮直径为66cm，则每蹬一圈自行车前进8.3m.如果每分钟蹬60圈，自行车的速度将达到30km／h.如果将蹬车的速率加倍到每分钟120圈，则自行车的最高速度可达60km／h.5.4km／h到60km／h是一个弹性很大的速度范围，自行车可以非常缓慢地爬上陡峭山坡，也可以像汽车一样风驰电掣！这就是自行车中齿轮的作用.
　　三、自行车上的摩擦
　　1.外胎：分软边胎和硬边胎两种.软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶.硬边胎自重轻，着地面积小，适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小、行驶轻快等优点.外胎上的花纹（图8-1）是为了增加与地面的摩擦力.山地自行车的外胎宽度特别宽，花纹较深（图8-2），也是为了适应凹凸不平的道路.
　　2.前轴、中轴及后轴：均采用滚动钢珠（图9），这些滚动钢珠可以用滚动摩擦代替滑动摩擦以减小摩擦阻力，从而使人们在骑车时减小阻力.为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂.
　　3.车把：自行车车把一般刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦，另外车外胎、蹬板套、闸把套等也是如此（图10）.在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可以迅速停止.而在刹车的同时，手用力握紧闸把，增大刹车皮对钢圈的压力，以达到制止车轮滚动的目的.
　　四、自行车中的其他物理知识
　　1.自行车的车架（图11）一般都采用普通碳素铜管，经过焊接、组合而成.为了减轻管重量，提高强度，较高档的自行车还采用低合金钢管制造.为了减少快速行驶时的阻力，有的自行车还采用流线型的钢管.由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳和轻快.一般辐条是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型（图12）.
　　2.为了使人座在座垫上舒服点，座垫呈马鞍形（图13），它能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强，使人骑车不易感到疲劳.
　　自行车有很多种类，包括普通自行车、场地自行车、山地自行车、速降自行车、旅行自行车、越野自行车、折叠自行车等，这些自行车大体结构是一样的，只是在某些部件上作出了改良，使之适合不同的场地，让人们骑行更省力，更安全.