騎著單車學物理

邵思濤

說起單車（又稱自行車）你一定很熟悉，環保又健身.可你知道單車幾乎涵蓋了力、熱、聲、光、電等全部物理知識嗎？下面我們就用物理的眼光來認識一下單車.

首先把你的“寶馬”擺在院子里，認識一下各部件名稱.如圖1.看看它身上有哪些簡單機械，

現在開始出發，騎車去上學.假設你家門前有一條胡同.只能推著走.那么阻力越小越好推.我們來看看車上哪些裝置是可以減小摩擦力的.

車軸.車軸處都有滾珠，用滾動代替滑動來減小摩擦，加潤滑油可以減小接觸面的粗糙程度，進一步減小車軸處的摩擦.

前輪.前輪是從動輪，由車軸推著，被動地轉圈，與地面是滾動摩擦.摩擦力方向向后，此摩擦力同車軸處的摩擦、風阻等一起，與動力剛好平衡時，自行車就會勻速前進，

終于上了大路，你騎上單車，平穩自如.再說說車上可以增大摩擦的地方吧，

后輪.后輪是主動輪，“觸地部分”相對于地面是靜止的，在蹬力作用下，它有相對于地面向后滑的趨勢.地面給它一個向前的推力——靜摩擦力，這個力是車身前進的直接動力，后輪在水平方向上的受力主要就是這個向前的靜摩擦力.可見并非所有的摩擦力都阻礙物體前進.如果后輪打滑（即“觸地部分”相對于地面不靜止，例如在濕滑的路面上，冰面上等），這個摩擦力小了.自行車就會失去動力而無法前進.需要說明的是，推著自行車或自行車自由滑行時，前、后輪都是從動輪，此時兩輪所受的摩擦力的方向都是向后的，都是阻力.

輪胎、車把、踏板，這些零部件都刻有花紋，是通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦的.以保持車的穩度和良好的抓握.

剎車裝置，你騎著騎著.忽然發現前方路面有個下水井沒有蓋，來個緊急剎車.用力抓緊剎車柄，通過增大壓力來增大摩擦，車輪停止轉動，滾動摩擦變成了滑動摩擦，阻力增大，自行車很快停下，有驚無險！

此時，你的單車輪胎在地面上留下了一道黑痕.原來剎車時車輪基本不轉.輪胎克服地面的滑動摩擦力而做功.溫度升高焦化留下了黑痕.

輪胎上還有很多熱學知識.氣體是從氣門芯充入.氣門芯相當于單向閥，只進不出，保證輪胎氣密性，輪胎的容積、溫度是一定的，充人適量的氣體能夠保證足夠的氣壓，既減小輪胎與地面的阻力，又緩沖顛簸.夏天溫度高，輪胎內的氣壓會增加，在陽光下容易爆胎.所以在夏季，單車要避免暴曬，輪胎也不能充氣過多.

你在騎單車時，并不是一直蹬，而是蹬蹬、停停，這里還有很多運動和壓強的知識，

停止蹬自行車.它仍然向前，是由于單車具有慣性，

車輪還可以用來測距離：先量出車輪的周長，記下單車運動時車輪轉過的圈數，就可以算出單車前進的距離，

車座、腳踏板做得扁平，螺母處加一個墊圈，都是通過增大受力面積來減小壓強的.

快到學校了，遇到的同學越來越多.你打鈴表示問候，車鈴發聲是由振動產生的，應用了聲學原理.有時車身上的螺絲松動也會振動發聲，根據聲音你能很快找出松動的螺絲.

終于到校了，我們騎單車學物理也將告一段落.其實，單車中的物理知識還有很多，同學們自己查一查資料.找一找吧.endprint