“自行车上的摩擦力”研究报告

“自行车上的摩擦力”研究报告

　　课题组长：高洁

　　课题组成员：张存玉、付恒、张祥宇、李延洁

　　指导老师|：刘冬梅

　　自行车上的摩擦力研究报告

　　上学期我们在物理上学习了摩擦力的有关知识。认识了摩擦力，探究了影响滑动摩擦力大小有两个因素，并知道增加有益摩擦和减小有害摩擦的方法。

　　摩擦力通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时，所受到的阻碍物体相对运动的力。影响滑动摩擦力大小有两个因素： 1。 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关，接触面粗糙程度一定时，压力越大摩擦力越大。2。 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大。 在日常生活中和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的。我们总是要增大有益的摩擦，减小有害摩擦。增大有益摩擦的方法有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦;2、用增大压力的方法来增大摩擦。减小有害摩擦的方法有多种：1、减小接触面的粗糙程度来减小摩擦;2、用减小压力的方法来减小摩擦;3、利用滚动摩擦来减少摩擦;4、给某些部件加润滑剂;5使两个接触面彼此分开，如：气垫船、磁悬浮列车都是利用这种方法减小摩擦的。

　　生活中到处都有摩擦力，为了进一步了解摩擦力，锻炼自己理论联系实际能力，了解物理与实际生活的联系，我们对结构比较简单，应用比较广泛的自行车进行了研究。

　　研究方式：

　　查阅教材进一部熟悉有关摩擦力的知识。

　　拆卸、观察自行车的结构。找出与摩擦力有关的部分。

　　询问老师、家长和修车师傅有关自行车的一些问题。

　　4、亲自去骑不同类型的自行车，具体体会它的不同之处。

　　5、利用网络资源收集有关自行车的资料。

　　6、分组分析讨论，大家合作，形成实验报告。

　　研究内容：

　　一、自行车上增大有益摩擦，减小有害摩擦的方法

　　自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多。自行车上增大有益摩擦的方法大抵有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦;2、用增大压力的方法来增大摩擦。自行车很多地方都采用了第一种方法来增大摩擦-----增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的。例如：

　　图1：自行车的把手做成有花纹的                 图2：自行车的踏脚有花纹                     图3：轮胎做有花纹

　　自行车也有一些地方是采用第二种方法---增大压力的方法来增大摩擦，如：自行车上用来固定零件的螺丝和螺帽必须要悬紧，以增大压力，增大摩擦力，防止螺帽脱落(如图4)。自行车刹车时要用力，以增大闸皮和车圈之间的压力，增大摩擦力，尽快使车停止(如图5)。

　　图4：用来固定各零件的螺丝与螺帽旋得紧紧的                 图5：自行车上的刹车装置

　　自行车上减少有害摩擦的方法大抵也有两种：1、利用滚动摩擦来减少摩擦;2、给某些部件加润滑剂来减少摩擦。采用第1种方法来减少摩擦的有：有车轮处装有钢铁制的滚动轴承，内有很多小钢珠。(如图六);采用第2种方法来减少摩擦的有：在转轴中经常上涂润滑油(如图七)。后来经过询问和研究，发现不止是车轮的轮轴处有钢珠，凡是能转动地方大部分都有。如：车头、脚蹬、中轴、后轮的飞轮等内部都有钢珠。

　　图六                                                          图七

　　摩擦力是非常重要的。如果没有了摩擦力，人骑车时手脚经常从把手和脚踏上滑下来，自行车刹车失灵，一旦行驶就停不下来。就算你要把自行车的零件拼装一辆完整的自行车也很难：因为自行车各部件的组合，都需要用螺丝、螺帽来固定，而没有了摩擦力，螺丝、螺帽就无法去固定那些零件了，因而也就无法用那些零件来拼装成完整的自行车了。另外，自行车的运动也是靠的摩擦力。如果没有摩擦力，自行车就会在原地打滑。

　　二、自行车是怎样利用摩擦运动和停止的

　　自行车是怎样利用摩擦运动的呢?通过查阅资料和询问老师，我们明白了：当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车的车轮与路面之间有摩擦，后轮受到的摩擦力向前，前轮受到的摩擦力向后。当后轮受到摩擦力大于前轮受到的摩擦力时自行车就能启动起来。

　　那在行驶过程中两轮不都向前转吗?摩擦力方向怎么会不一样呢?这是因为，后轮是动力轮，骑车时脚用力蹬脚蹬，使后轮转动，但是轮子的接触面和地面之间没有相对运动，所以一直都是静摩擦力，不是滑动摩擦。当后轮转动时，后轮和地面的接触的地方，就相对于地面有向后运动的趋势， 所以后轮就会受到地面对它向前的摩擦力。(这里的原理跟人走路时脚受到的摩擦力方向一样);前轮原来的状态是静止的,由于车身的推动,使前轮相对于地面运动方向也向前,所以受到地面对它向后的摩擦力。因此，前轮是阻力轮，他受到的摩擦力阻碍车的运动。当后轮受到的向前的摩擦力大于前轮受到的向后的摩擦力时，自行车就能由静止变为运动，或加速运动。这两个力大小相等时，自行车作匀速运动。

　　当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮受到的摩擦力方向由是怎样的呢?此时前轮和后轮都是阻力轮。都要受到地面对它向后的摩擦力。那谁和这两个力平衡呢?是地面对脚的向前的摩擦力!

　　刹车以后，自行车为何能停止运动?

　　刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果骑车太快，紧急刹车时，后轮受到闸皮的摩擦力停止了运动，由于惯性，自行车还会继续向前运动。这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力(原来为滚动摩擦，方向向前)，方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。

　　三、自行车的使用与保养

　　1、自行车忌用缝纫油

　　自行车的转动部分要经常涂润滑油，减小摩擦力。有人认为缝纫机油也可以用于自行车。这是不对的。缝纫机油属于薄质润滑油，若用于自行车，会使车内原有的黄油稀释而流失，从而降低油脂的润滑性能和防锈性能。因此，给自行车的车轴加油，应用30号机油或滑脂。

　　2、自行车胎延寿法

　　(1)、充气要适量。内胎充气不足造成的瘪胎，不仅阻力增大，骑车费力，而且加大了车胎与地面摩擦面积，使外胎加速磨损折裂。充气过足，加上日晒胎内空气膨胀，胎内帘线容易被胀断，会缩短使用寿命。因此，打气要适量，寒冷天气可足些，夏天要少些;前轮气少些，后轮气要足些。

　　(2)、不要超载。各种外胎的侧面都标有它的最大载藏重量。如普通外胎最大载重量为100公斤，加重外胎最大载重量为150公斤。自行车载人时，人和车子本身重量是由前后两个车胎分担的。前轮承受总重量的l/3，后轮为2/3。后衣架上载重几乎全部压在后胎上，超载过重，加大了车胎与地面摩擦，特别是由于轮胎侧面的橡胶厚度比花纹处要薄得多，经常重载易变薄出现裂口而爆破。

　　(3)、马路的路面，一般是中间高两边低，而自行车又必须靠右行驶。因此，轮胎的左侧常比右侧磨损得厉害。同时，由于重心靠后，后轮一般比前轮磨损快。所以，新轮胎使用一定时期后，应将前后轮胎调换使用，并调换左右方向。这样，可以延长其使用寿命。

　　3、自行车的钢珠要及时更换

　　自行车车轴内钢珠经常磨损，如果车轴内经常发出响声，一般是钢珠出现了问题。一定要及时更换。若不更换，就会磨损钢碗、车轴等其它零件。

　　4、自行车链条打滑处理法:

　　自行车链条使用时间长了会出现滑牙的现象。这是由于链条孔的一端磨损造成的，如采用以下方法，可以解决滑牙问题。

　　由于链条孔有四个方向受摩擦，所以只要打开接头，翻个圈，把链条的内圈变做外圈，受损的一面不直接同大小齿轮接触，就不再打滑了。

　　收获与体会

　　在这次研究性学习中，我们不但进一步巩固了物理知识，而且能够和实际生活相联系，运用已有知识分析、解决问题。通过这次研究性学习，我们对自行车的原理有了全新的认识;对自行车的维护和维修技术有了初步的了解;体会到物理知识和社会生活有着密切联系，提高了学习物理的兴趣，增强了我们探求物理知识的欲望。在研究的过程中，我们应用各种学习策略提高了我们自主学习的水平，培养了我们的社会责任感，能与伙伴合作交流，增进了同学间的友谊。