自行車中的物理原理PPT課件(PPT 32頁)

1、自行車中的物理原理-小組成員；陳自見.陳仕云.萬博.譚楚嫣.殷英.彭雯倩1.第1頁，共32頁。課題背景；自行車，這在生活中隨處可見的便捷的交通工具，給我們的生活帶來了巨大的好處，幾十年前，中國便是有“自行車之國”的稱號(hào)，而現(xiàn)在的我們的同學(xué)也有不少是騎自行車。一定有很多同學(xué)認(rèn)為自行車就是兩個(gè)輪子一個(gè)車架的再簡單不過的交通工具，但是又有多少人知道自行車中的物理原理呢？隨著時(shí)代的發(fā)展，功能不斷強(qiáng)化的自行車與我們見面了，“簡單”的自行車變得不簡單起來2.第2頁，共32頁。課題的目的和研究意義1.自行車發(fā)展史：原始自行車，上世紀(jì)的自行車與現(xiàn)在的高科技自行車的相同的原理和不同功能，給人們的生活帶來的便捷。

2、 2.自行車不同部位的不同功能，以及蘊(yùn)含其中的不同物理原理。（重點(diǎn)） 3.對(duì)自行車未來的猜想，構(gòu)思，自己大膽設(shè)計(jì)一輛能夠在未來行駛的自行車。3.第3頁，共32頁。研究方法；上網(wǎng)查找文獻(xiàn)資料，實(shí)地研究計(jì)劃訪問對(duì)象：學(xué)生，自行車愛好者可行性分析；幾十年前，中國便是有“自行車之國”的稱號(hào)，而現(xiàn)在的我們的同學(xué)也有不少是騎自行車，也便于我們的研究。預(yù)期成果；幻燈片，書面報(bào)告，論文。表達(dá)形式；幻燈片4.第4頁，共32頁。研究內(nèi)容范圍原始自行車，上世紀(jì)的自行車與現(xiàn)在的高科技自行車的相同的原理和不同功能 自行車不同部位的不同功能，以及蘊(yùn)含其中的不同物理原理。對(duì)自行車未來的猜想，構(gòu)思，自己大膽設(shè)計(jì)一輛能夠在未來

3、行駛的自行車。5.第5頁，共32頁?；顒?dòng)步驟；分四個(gè)階段實(shí)施階段一： 時(shí)間：8月3日 主要任務(wù)：確定研究方向 制定研究計(jì)劃 階段目標(biāo)：制定完整研究計(jì)劃 6.第6頁，共32頁。階段二： 時(shí)間；8月5日 主要任務(wù)：進(jìn)行研究，收集資料 階段目標(biāo)：為下一步整合分析準(zhǔn)備 資料，完成大部分研究報(bào)告7.第7頁，共32頁。階段三： 時(shí)間：8月7日 主要任務(wù)；對(duì)調(diào)研報(bào)告做最終修改 同時(shí)制作課件 階段目標(biāo)；完成調(diào)研報(bào)告與課件 結(jié)束研究活動(dòng)8.第8頁，共32頁。如圖所示，左邊這種一個(gè)輪子大一個(gè)輪子小的便是自行車鼻祖了，最開始的自行車沒有鏈條沒有車蹬，只有兩個(gè)輪子和一個(gè)車架，人們騎在中間的車架上靠雙腳與地面搓動(dòng)，產(chǎn)生

4、靜摩擦力，“推動(dòng)”自行車前行，這當(dāng)然是十分麻煩的。所以后來人們在一步一步的實(shí)踐與改進(jìn)中發(fā)明了近現(xiàn)代的自行車現(xiàn)在，自行車已經(jīng)成了一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，各種不同的功能的自行車在不同的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，如適合比較崎嶇路況的山地自行車，適合比較平直公路的公路自行車，根據(jù)需要，增加一些附件，如支架、衣架、保險(xiǎn)叉、擋泥板、氣筒等。另外，裝有變速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)車、競賽車、山地車等還裝有變速控制器和前后撥鏈器等。自行車發(fā)展史9.第9頁，共32頁。物理原理（研究結(jié)果）1、車架部件是構(gòu)成自行車的基本結(jié)構(gòu)體，也是自行車的骨架和主體，其他部件也都是直接或間接安裝在車架上的。 一般輻條（.車輪中連接車轂和輪圈的一條條直棍或鋼條）是等徑的

5、，為了減輕重力，也有制成兩端大、中間小的變徑輻條，還有為了減少空氣阻力將輻條制成扁流線型 10.第10頁，共32頁。研究總結(jié)部分(關(guān)于車架)但主體離不開其中的三角形的穩(wěn)定性的原理，如果哪輛自行車偏離了這個(gè)原理，那么，車架一定會(huì)因?yàn)槌惺懿蛔毫Χ冃?，散架。一般輻條（.車輪中連接車轂和輪圈的一條條直棍或鋼條）是等徑的，為了減輕重力，也有制成兩端大、中間小的變徑輻條，還有為了減少空氣阻力將輻條制成扁流線型 自行車的輻條是讓鋼圈盡可能各個(gè)地方受力平衡，避免鋼圈變形，一般斷了輻條后鋼圈會(huì)很容易變形，而鋼圈上的輻條數(shù)量越多，就是為了更好地固定好鋼圈的形狀，以便于在花式表演或者山地跋涉顛簸時(shí)受力更加均勻，

6、展示出更高的車技和車輛的抓地能力 11.第11頁，共32頁。2、外胎：分軟邊胎和硬邊胎兩種。軟邊胎斷面較寬，能全部裹住內(nèi)胎，著地面積比較大，能適宜多種道路行駛。硬邊胎自重輕，著地面積小適宜在平坦的道路上行駛，具有阻力小，行駛輕快等優(yōu)點(diǎn)。 外胎上的花紋是為了增加與地面的摩擦力。山地自行車的外胎寬度特別寬，花紋較深也是適應(yīng)越野山地用。 12.第12頁，共32頁。研究總結(jié)部分(關(guān)于外胎)外胎上的花紋是為了增加地面的摩擦力。接觸面積越大，摩擦力就越大，這樣車輪與地面之間才不會(huì)打滑，自行車才能向前進(jìn)。山地自行車外胎寬度特別寬，花紋較深也是適應(yīng)越野山地用。13.第13頁，共32頁。3、腳蹬部件：腳蹬部件裝

7、配在中軸部件的左右曲柄上，是一個(gè)將平動(dòng)力轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)力的裝置，自行車騎行時(shí)，腳踏力首先傳遞給腳蹬部件，然后由腳蹬軸轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄，牙盤，中軸，鏈條飛輪，使后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使自行車前進(jìn)。因此腳蹬部件的結(jié)構(gòu)和規(guī)格是否合適，將直接影響騎車人的放腳位置是否合適，自行車的驅(qū)動(dòng)能否順利進(jìn)行。 腳踏：可分為整體式腳踏和組合式腳踏。無論什么款式的腳踏都必須有腳踏面，必須安全可靠，具有一定的防滑性能，可以選用橡膠、塑料或金屬材料制造。腳踏必須轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。 14.第14頁，共32頁。研究總結(jié)部分(關(guān)于曲柄)曲柄這里，運(yùn)用了一個(gè)最基本的物理原理：省力杠桿。力臂是整個(gè)曲柄，而阻力臂只有軸承上的一點(diǎn)，也正是因?yàn)檫@樣，人才有力氣踩動(dòng)

8、踏板，帶動(dòng)鏈條，讓自行車前進(jìn)。15.第15頁，共32頁。4、前叉部件：前叉部件在自行車結(jié)構(gòu)中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導(dǎo)向系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)動(dòng)車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導(dǎo)向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。 前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質(zhì)，故前叉部件必須具有足夠的強(qiáng)度等性質(zhì)。 16.第16頁，共32頁。研究總結(jié)部分(關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)車把和前叉)轉(zhuǎn)動(dòng)車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導(dǎo)向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。車把這里，也采用了一個(gè)簡單的杠桿原理，我們實(shí)驗(yàn)過，如果手握住靠近前叉的地方來轉(zhuǎn)

9、彎，是比較費(fèi)力的，而且轉(zhuǎn)彎幅度也比較小，而如果手握車把兩端來轉(zhuǎn)彎，是比較省力的，而且轉(zhuǎn)彎幅度也比較大。前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質(zhì)，故前叉部件必須具有足夠的強(qiáng)度等性質(zhì)。懸臂梁：梁的一端為不產(chǎn)生軸向、垂直位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的固定支座，另一端為自由端（可以產(chǎn)生平行于軸向和垂直于軸向的力）。17.第17頁，共32頁。5、鏈條：鏈條又稱車鏈、滾子鏈，安裝在連輪和飛輪上。其作用是將腳踏力由曲柄、鏈輪傳遞到飛輪和后輪上，帶動(dòng)自行車前進(jìn)。 鏈輪：用高強(qiáng)度鋼材制成，保證其達(dá)到需要的拉力。 18.第18頁，共32頁。6、飛輪：飛輪以內(nèi)螺紋旋擰固定在后軸的右端，與鏈輪保持同一平面，并通過鏈條與鏈輪相連接，構(gòu)成自行車的驅(qū)

10、動(dòng)系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上可分為單級(jí)飛輪和多級(jí)飛輪兩大類。 單級(jí)飛輪又稱為單鏈輪片飛輪，主要由外套、平擋和芯子、千斤、千斤簧、墊圈、絲擋幾鋼球等零件組成。其單級(jí)飛輪工作原理：當(dāng)向前踏動(dòng)腳踏是，鏈條帶動(dòng)飛輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)飛輪內(nèi)齒和千斤相含，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力通過千斤傳到芯子，芯子帶動(dòng)后軸和后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，自行車就前進(jìn)了。 當(dāng)停止踏動(dòng)腳踏板時(shí)，鏈條和外套都不旋轉(zhuǎn)，但后輪在慣性作用下仍然帶動(dòng)芯子和千斤向前轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)反向踏動(dòng)腳踏時(shí)，外套反向轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)加速千斤的滑動(dòng)，使“嗒嗒”聲響得更急促。多級(jí)飛輪是自行車變速裝置中的一個(gè)重要部件。 多級(jí)飛輪是在單級(jí)飛輪的基礎(chǔ)上，增加幾片飛輪片，與中軸上的鏈輪結(jié)合，組成各種不同的傳遞比，從而改變

11、了自行車的速19.第19頁，共32頁。研究總結(jié)部分(關(guān)于鏈輪飛輪)鏈輪：用高強(qiáng)度鋼材制成，保證其達(dá)到需要的拉力。 其單級(jí)飛輪工作原理：當(dāng)向前踏動(dòng)腳踏是，鏈條帶動(dòng)飛輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)飛輪內(nèi)齒和千斤相含，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力通過千斤傳到芯子，芯子帶動(dòng)后軸和后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，自行車就前進(jìn)了。 多級(jí)飛輪是在單級(jí)飛輪的基礎(chǔ)上，增加幾片飛輪片，與中軸上的鏈輪結(jié)合，組成各種不同的傳遞比，從而改變了自行車的速度。20.第20頁，共32頁。陳仕云:1. 2100年納米技術(shù)已經(jīng)非常成熟，可以控制單個(gè)原 子的排列，做出各種材料，但尚未成功利用納米技術(shù)做出能活的生命體。新一代超強(qiáng)的永久磁石就是納米技術(shù)下的產(chǎn)物，比現(xiàn)今的釹鐵硼磁石強(qiáng)幾十

12、倍，永磁懸浮不只是應(yīng)用在火車上，永磁軸承也應(yīng)用在自行車上，摩擦力比現(xiàn)今的陶瓷軸承少幾十倍，摩擦力接近零，有極佳的吸收振動(dòng)效果，使公路車也具有一定越野能力。而且不用上油保養(yǎng)非常耐用。2.鏈條也淘太了，未來的自行車?yán)靡簤簛韨鬟f動(dòng)力，摩擦力比鏈條低70%，靜音，免維護(hù)。3.置于車的骨架，全部采用中空骨的結(jié)構(gòu)，和車胎一樣其內(nèi)沖上比空氣質(zhì)量輕，且無污染的氣體，來減輕車體的總重。猜想構(gòu)思21.第21頁，共32頁。 陳自見：隨著經(jīng)濟(jì)與高科技的發(fā)展，未來的自行車可能成為“高科技大國”中又一大主力成員，或許現(xiàn)在用的一些高科技設(shè)備在不久之后便能在自行車身上看到影蹤 GPS導(dǎo)航儀、自動(dòng)剎車、遠(yuǎn)程感應(yīng)系統(tǒng)等等都會(huì)被

13、應(yīng)用。亦或許，以后的自行車不再單單是雙輪，可以變成有靠背椅的自動(dòng)平衡重力感應(yīng)的單輪自行車，畢竟現(xiàn)在的自行車在某些場合中仍顯得不夠輕盈。目前，對(duì)許多殘疾人來說自行車認(rèn)識(shí)一個(gè)可望而不可即的夢想，說不定在以后的自行車上能夠安裝一個(gè)有利于腿部殘疾的殘疾人的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)踩踏的平衡助推儀，只需要一點(diǎn)點(diǎn)的太陽能來發(fā)動(dòng)儀器，這樣在未來，自行車能夠更全面的幫助人們。 22.第22頁，共32頁。萬博： 首先，動(dòng)力系統(tǒng)的改進(jìn)是必須的。在降低磨損所帶來的消耗的同時(shí)，我們可以加一些輔助的動(dòng)能。當(dāng)然，一定要環(huán)保，所以使用氫能或者太陽能是最好的。并且在改進(jìn)的同時(shí)不能削弱自行車原本的鍛煉效果，所以可以設(shè)置輔助動(dòng)能開啟的最低速度，

14、并且開啟后五秒不踩踏則自動(dòng)關(guān)閉輔助動(dòng)能系統(tǒng)。其次，在安全方面也可以改進(jìn)下?？梢栽谧孕熊嚿霞右粋€(gè)保護(hù)裝置（折疊式的，減小占有空間），在自行車收到劇烈撞擊時(shí)自動(dòng)保護(hù)騎行者。在控制方面，也可以采用更為先進(jìn)的電腦輔助控制。不想控制時(shí)可以切換到電腦控制，利用GPS定位來到達(dá)想要到的地方。23.第23頁，共32頁。譚楚嫣：我們只是想象在未來科技滿足我們的要求下設(shè)計(jì)出這些符合我們設(shè)計(jì)原理和科技要求的設(shè)備，我們想的是：單車，現(xiàn)在幾乎我們平?？吹降娜慷加墟湕l來完成行駛，但 在這次研究時(shí)，出去觀察不同單車時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，株洲市現(xiàn)在正在普及的動(dòng)力單車就沒有鏈條，（差張圖），那么也就不存在在行駛過程中掉鏈的問題了24

15、.第24頁，共32頁。彭雯倩：如今的2100年，納米技術(shù)已經(jīng)非常成熟，可以控制單個(gè)原子的排列，做出各種材料，但尚未成新一代超強(qiáng)的永久磁石就是納米技術(shù)下的產(chǎn)物，比現(xiàn)今的釹鐵硼磁石強(qiáng)幾十倍，永磁懸浮不只是應(yīng)用在火車上 磨擦力方面；永磁軸承也應(yīng)用在自行車上，摩擦力比現(xiàn)今的陶瓷軸承少幾十倍，摩擦力接近零，有極佳的吸收振動(dòng)效果，使公路車也具有一定越野能力。而且不用上油保養(yǎng)非常耐用。 25.第25頁，共32頁。殷英：對(duì)未來自行車的構(gòu)想：目前世界上已有科學(xué)家研究出用電腦波控制機(jī)器，我想是否可以將此項(xiàng)技術(shù)與GPS導(dǎo)航儀技術(shù)結(jié)合，可以用自己自己的思維控制原本操作有些復(fù)雜導(dǎo)航儀。再將這種導(dǎo)航儀安裝到自行車，再加上一系列的自動(dòng)剎車、動(dòng)能輔助系統(tǒng)，利用上太陽能等環(huán)保能源，