自行车的齿盘和飞轮齿数比对行驶距离的影响

第二章　自行车上的物理

自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具，常见的有普通载重自行车、轻便自行车、山地自行车、童车、赛车、电动自行车等。它结构简单，方便实用。今天，就让我们来研究一下自行车中所蕴含的物理知识。

这是一种普通的自行车，在其中涉及到很多物理知识，包括杠杆、轮轴、摩擦、压强、能量的转化等力学、热学及光学知识，下面具体进行分析。

第一节　自行车怎么前进——自行车上的力学

一、自行车上的惯性现象

同学们骑自行车的时候，可能都经历过这样的情形，在快速行驶时，如果突然把前轮刹住，后轮会跳起来。这是为什么呢？

让我们一起来分析一下，任何物体都有保持原来运动状态的性质，这就是惯性，当刹车时，前轮直接受到足够阻力而突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性，人和后轮要保持继续向前的运动状态，所以后轮便会跳起来而导致车辆失控。因此切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，也不要急刹车，尽量提前预判路况，提前渐进式的捏闸刹车，否则容易出现翻车事故。

二、自行车的摩擦问题

摩擦是动力哦！自行车是后轮驱动，也就是说后轮提供让车辆前进的动力。这个动力来自于地面给轮胎的摩擦，那有些同学就纳闷了，车的前进动力应该是我们脚蹬踏的力吧，怎么会是地面给的摩擦呢？试想一下，如果地面相当光滑，那不管你用多大的力蹬自行车，车都前进不了，还是在原地打转吧，所以动力来自于地面对车轮的摩擦。(www.xing528.com)

摩擦的方向。后轮相对于地面其实是静摩擦（和人走路一样）虽然自行车相对运动看起来是向前，但是轮子其实相对于地面是有向后的运动趋势，所以此时摩擦力和相对运动方向相反，也就是摩擦力向前。 前轮就不一样了，因为此时是地面的摩擦力使前轮运动（这里和后轮是完全两种情况，很多人容易混为一谈），想象一个画面：静止在一个粗糙水平面上的轮子，你要使它向前运动，且不接触它，你只能向后拖动水平面，因此摩擦力只能向后。

三、自行车的齿轮传动

普通自行车只有两个齿轮！不同的车齿轮上的齿盘数是不一样的。脚蹬的这个我们叫它大齿盘，后面那个叫飞轮，越高级的车齿轮上固定着越多齿盘，即两个齿轮上固定的同心共轴的齿盘数越多，每个齿盘的牙数不一样，越靠车外侧齿盘越小，齿牙数也越少，举个例来说：大齿轮有三个齿轮盘，小齿轮即飞轮有七个齿轮盘，拿其中任意一个大齿盘和一个小齿盘通过链条组合构成一组传动装置，那一共应该有3×7=21种组合，也就是有21种速度模式，俗称21速，这也就是大小齿轮不同齿盘组合形成前后不同的齿数比，也是传动过程中不同的传动比。

在组合传动过程中，我们蹬脚踏，脚踏带动曲柄，曲柄转动大齿盘，大齿盘靠链条传动到飞轮，飞轮固定在后轮上，飞轮转一圈，后轮转一圈，车轮转动！

脚蹬一圈自行车走多远，取决于齿盘和飞轮的齿数比，齿数比越大自行车行驶越远，齿数比越小车轮转的越省力，这个结果同学们下来后可以实际验证一下。

总 结

自行车能前进的根本原因是摩擦力的作用。轮胎与地面摩擦，地面给轮胎一个反作用力，推动车子前进。人通过蹬踏，把腿部的力量传递到脚踏，脚踏牙盘（你所说的前齿轮）获得扭矩再利用链传动（链条），传递到飞轮（后齿轮），飞轮与塔基及车轴的安装配合，传递为对车条的扭矩拉力，从而带动车圈转动，最后通过车胎与地面的摩擦获得反作用力前进。牙盘与飞轮（前、后齿轮）具有不同的齿数，通过调整配合获得不同的齿数比，也就改变了传动比，从而获得你所需要的不同动力输出。比如你在上坡时希望省力，你就会通过变速，把前后齿轮比变小，比如前面用最小齿轮而后面用最大齿轮，这样你就能轻松爬上一般的坡度了；而希望在平地快速骑行时是用前面的大齿轮带动后面的小齿轮。

其实从能量守恒上讲，你从一个地方到达另一个地方路径相同的情况下总功是不变的——但可以通过这样改变速度而改变做功的时间。