生活中的物理(高中研究性学习）

物理研究性学习报告
自行车中的物理学原理
研究项目:研究自行车中的物理学原理
物理原理:摩擦力,向心力,固定转轴的平衡
摩擦力
物理意义:一个物体在另一个物体表面上相对另一个物体滑动时,要受到另一个物体阻碍它的滑动的力叫滑动摩擦力.
互相接触的两个物体相对静止时,如果具有相对运动的趋势,两物体之间的力是静摩擦力.
具体应用:当我们骑车时,摩擦力无处不在.手握车把时手与车把的摩擦,车胎与路面的摩擦.按住刹车时,车会立刻停下.
摩擦力的危害:车胎如果很光滑,那么在水面上很容易打滑.零件各部位锈蚀,则不利于行车速度,刹车不灵,则会发生危险.
影响因素:根据f=μN,摩擦力与:①接触面的压力大小有关;②物体间摩擦因数有关.
改变摩擦力的方法:
①减少有害摩擦:自行车车胎中有气体,可以减少内圈与外胎的摩擦.在链条上涂润滑油.
②增大有益摩擦:车胎上印有花纹与胶行,车把,踏板上有凸凹不平的条纹,可以防止打滑.刹车与轮胎内侧很粗糙,增大摩擦系数,从而增大摩擦力.
摩擦力的方向:行驶时,由于后轮是主动轮,受静摩擦力作用,摩擦力方向与车前进方向一致,而前轮是从动轮,所以受滑动摩擦力作用,方向与运动方向相反,所以前轮摩擦力方向向后,后轮的方向向前.
向心力
物理意义:物体绕一点做圆周运动时受到的指向圆心的力叫向心力.
作用情况:自行车在平直的路面上行驶时,竖直方向的合力为0.遇到一急转弯时,车身偏向弯道内侧.因为自行车转弯时,路面对车支持力的方向不再竖直,而是偏向弯道内侧,它与重力G的合力指向圆心成为车转弯的向心力,此时车胎与地面还有一定的摩擦力,所以能保持倾斜而不倒.
实际应用:在国内,由于自行车是靠右行驶的,向左转弯较多,所以车胎左侧比右侧磨损程度重一些.
固定转轴物体的平衡
自行车的飞轮可看作一个固定转轴,上下端有链条带动它转动,物理建模,如图1所示.
前后飞轮的圆圈中心在一直线上,由链条带动飞轮转动,由于前后飞轮的半径不同,所以脚踏车的力,与车的牵引力大小不等,形成一个不等臂杠杆的模型.如图2.
后轮的飞轮与后轮轮胎也构成固定转轴,飞轮的半径为r,车轮半径为R,飞轮由钢丝带动车轮转动.如图3.
具体应用:根据杠杆平衡的公式F1L1=F2L2,通过改变L1,L2来使F1,F2变大式变小,变速自行车正是应用这个原理,通过改变前后飞轮的半径,使骑车时踩踏板的力变小,从而使骑车更轻松.
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f
行进
后轮
前轮
F1
F
r
R
F2
F1
r
R
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F

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