关于自行车运动时的受力分析 李得兆 甘肃省庆阳市陇东中学 高一（1）班 （手机13884102229） 指导老师 ：陈胜利（物理） 摘要 本文对人在骑自行车过程中不同状态分阶段进行了详细的受力分析，并根据理论力学的一些基本原理，分析了自行车在不同状态时车轮的受力特点。 自行车的五种状态：静止、启动、爬坡、下坡、刹车。 关键词 物理建模 自行车、车轮、分析、建议 前言 自行车是我们生活中最常见的交通工具之一，据统计中国大概有七亿辆自行车。 骑自行车是当下户外活动的热门交通方式，他不仅有益于身心健康，更体现了环保、自然的生活理念。 简单的自行车中含有许多的物理学知识，现在我们将对自行车做受力分析。 正文 工作原理：在我们蹬脚踏时，我们的蹬力带动前齿轮转动。前齿轮带动车链转动，车链又带动后齿轮转动，再由后齿轮带动后车轮转动。后轮转动时，受到向前的摩擦力作用，推动自行车前进。 忽略空气阻力的条件下，人在骑自行车的过程中，其受力与运动状态在不同阶段下是不相同的： 第一阶段，静止，人与车的重力与地面对车的支持力平衡； 第二阶段，起动时，轮速大于车速，后轮是自行车前进的动力来源，所以后轮是主动轮。在接触面，后轮相对地面向后运动，所以摩擦力向前，后轮和车会做加速运动。前轮是从动轮，受到的摩擦力向后； 第三阶段，匀速前进，匀速时，车受力平衡，人踩的力和和车轮与地面的摩擦力相互抵消。 后轮与地面相对向后运动，所以摩擦力向前。前轮作为从动轮，摩擦力向后。前后轮受到的摩擦力大小相等，方向相反； 第四阶段，下坡，当骑行者不在踩踏板的时候，后轮的速度小于车速。因此，后轮随车的向前运动而转动，两个轮子都变成了“从动轮”。 在接触面，后轮与地面相对向前运动，所以摩擦力方向向后，前轮摩擦力始终向后。 滑下过程中，前后轮摩擦力均向后，故整个车体所受的摩擦力为与运动方向相反的阻力； 第五阶段，刹车，不同的刹车方式会产生不同现象：当需要紧急刹车时，如果刹车前闸，身体会受到猛烈的冲击。若车速过快或车较轻，自行车还有可能猛甩一下。而刹车后闸则比较平稳，震动不大。所以一般推荐使用后闸； 分析及推导 一、 自行车处于静止状态 由平衡条件：Fa+Fb=mg(Fa、Fb分别为地面对前轮、后轮的支持力;mg为人和自行车的重力之和。) 二、 自行车加速启动 不考虑竖直方面受力，对水平方面受力分析： F后−F前=ma 三、滑下过程中 垂直于斜面方向： FN1+FN2=mgcosθ(FN1、FN2分别为斜面对前后轮的支持力，θ为斜面的倾斜角) 沿斜面方向： mgsinθ−Ff1−Ff2=ma (Ff1、Ff2分别为斜面对前后轮的摩擦力，a为自行车下滑时合外力产生的加速度) 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/3a7e7d0980eb6294dc886c43.html