自行车为什么能前进
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解决时间 2021-01-04 14:29
- 提问者网友：姑娘长的好罪过
- 2021-01-03 21:43
自行车为什么能前进
最佳答案
- 五星知识达人网友：英雄的欲望
- 2021-01-03 22:17
问题一：自行车为什么能骑走？？？ 凡是高速转动的物体，都有一种能保持转动轴方向不变的能力，使它们不向两侧倒。比如，我们用手指按住立起的硬币，一松手，硬币就要倒下；手指加点力，顺着硬币侧面方向向前推，硬币不仅不倒，还可以向前转动。小朋友滚铁环也是这个道理，用铁钩子把握铁环的方向，并给它一个向前的力，铁环就会向前滚动。我们骑车时是在前进的方向上给自行车一个力，使车轮转动起来，车轮就能保持一定的平衡状态，再利用车把调节一下平衡，自行车就可以往前走了。可是一停下来，车子就会因失去平衡倒下来。在转弯时，身体应向同一方向倾斜，这样就不会摔倒。问题二：普通自行车是如何前进的? 普通的自行车由于链条带动轮轴使轮子转起来。那么先说后轮胎，轮胎与地面的作用点不断在变化。在后轮胎与地面的接触点处有个使自行车向前驱动的摩擦力，使自行车前进。而前轮胎与地面接触点处有个向后的摩擦力，这是阻止自行车向前，当然这是自行车在驱动时，如果没有踩踏，两轮子兜会阻止车子向前…问题三：自行车为什么只能前进不能倒退，有什么机构？ 棘轮机构，只有向前转才可以用力，向后转会空转。问题四：为什么自行车往前会前进，往后瞪不倒退？工作原理？？谢谢 自行车的原理是通过人的脚对脚蹬施加力，从而通过曲柄带动链轮的转动，链轮又通过链条带动飞轮的转动，飞轮进而后轮转动。由于后轮与地面的摩擦力，使得后轮与地面不会相对滑动，而后轮在地面上滚动，整个车子就运动起来了。
通过对自行车的仔细的受力与动力学分析，可以发现，对于自行车来说，匀速运动是不存在的。就拿前轮来分析，由于轮子的对称性，前轮的质心在它的中心，而在运动中，自行车前轮必然会受到地面的阻力，这个力不过前轮的中心，也就是不过前轮的质心，而车架通过前轴对前轮的力必然会过质心，这样一来，前论受到的合外力矩必然不会为0，前轮不会匀速的转动。骑自行车的时候，脚也不是一直都在用力蹬脚蹬，当脚用力蹬脚蹬时，车子就会加速，当不太用力时，车子又会减速，实际的骑自行车的过程就是交替地加速减速。
自行车中的各个轮子尺寸不是随意的，除了从美观的角度考虑，还要受到物理规律的制约。现在从物理学的角度对自行车中的各个轮子尺寸作出分析。
假设脚蹬到中轴的距离为R1，链轮的半径为R2，飞轮的半径R3，后轮的半径为R4。脚蹬，曲柄，链轮的整体转动惯量为I1，飞轮，后轮的整体转动惯量I2。定义自行车速率与脚蹬速率的比值为速率效率。假设脚蹬的速率为V0
由脚蹬与链轮的角速度必须相等，飞轮与后轮的角速度必须相等，链轮与飞轮的苏联相等可以推出车子的速度V=V0*R2R4/R1R3 [1]
再假设地面给后轮的摩擦力为f，链条给后轮的作用力为f‘，人蹬脚蹬的力F。后轮的角加速度为B，前轮的角加速度为B‘
B*R3=B‘*R2
对脚蹬，曲柄，链轮的整体，
FR1- f‘R2=I1B’
对飞轮，后轮的整体，
f‘R3- f R4=I2B
解得；F= f*R2R4/R1R3+I1BR3/R1R2+I2BR2/R1R3
我们可以把它分成几个部分来考虑，克服地面摩擦的力f*R2R4/R1R3，克服脚蹬，曲柄，链轮的转动惯量的力I1BR3/R1R2，克服飞轮，后轮的转动惯量的力I2BR2/R1R3。
现利用控制变量的思路对自行车中的各个轮子尺寸进行讨论。
当其他量一定时，R1越大，克服地面摩擦的力和克服飞轮，后轮的转动惯量的力越小，但是速率效率就越小[即脚蹬的速率一定时，自行车的速率越小]，而且R1越大时，I1就会越大，克服脚蹬，曲柄，链轮的转动惯量的力不一定会变小。
当其他量一定时，R2越大，速率效率就越大，克服脚蹬，曲柄，链轮的转动惯量的力越小，但是克服地面摩擦的力和克服飞轮，后轮的转动惯量的力就会越大。
当其他量一定时，R3越大，克服地面摩擦的力和克服飞轮，后轮的转动惯量的力就会越小，但是速率效率就越小，克服脚蹬，曲柄，链轮的转动惯量的力越大。
当其他量一定时，R4越大，速率效率就越大，但是克服地面摩擦的力越大。
综上所述，自行车中的各个轮子尺寸除了从美观的角度考虑，还要受到物理规律的制约问题五：自行车是靠什么带动轮胎前进的。 人体生物能转化为机械能再转化为动能问题六：为什么自行车正着骑会前进而反着骑不会后退 自行车只有2个轮子，却为什么可以保持平衡呢？甚至，高手在骑车的时候，可以双手离开车把，任由车子向前走而不担心摔倒（但要担心前面呼啸而来的汽车）。物理学家拿出一个陀螺，放在地上转一下，并开始用鞭子使劲抽打它，随着陀螺越转越快，陀螺也像不倒翁一样，虽然只有一个尖着地，却左右摇摆而不肯倒下。这就是陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的惯性。
陀螺只有一个旋转方向，已经很稳定了。而自行车有2个轮子，显然自行车轮子在高速旋转的时候，会使自行车更稳定。因此，骑车人撒开车把也不会倒下。
但遗憾的是，这并非一个合理的解释。
陀螺效应在保持自行车稳定中也许起到不可忽略的效果，但是，如果自行车单单凭借陀螺效应保持稳定，那么，初学者也应该在高速骑车时不会倒下。但是，2个陀螺似乎并不足以支撑骑车人重达几十公斤的身体的倾斜。刚学习骑车往往会摔得很惨。从另一个方面看，骑独轮车的杂技演员由于车速很低，甚至车轮完全停止转动，则基本无法依靠陀螺效应保持平衡。
自行车的平衡首先来自于骑车人腰部的肌肉。熟练的骑车人，其身体形成自动的条件反射，当自行车稍微倾斜倒下时，人的身体会感受到，腰部肌肉会自动动作，把身体拉向另一侧，形成的反向力矩促使车身抬起。我们学习骑自行车，也就是训练身体的肌肉完成这种条件反射，而一旦学会，这个控制回路就保持在小脑中，随时可以启用，许多年也不会忘记。
但是高速骑车时，会感觉车子比刚刚起步的时候稳定，这又是为什么呢？
自行车本身的平衡机制，来自于前叉后倾。我们可以观察到，几乎每辆自行车的车把轴，都不是与地面完全垂直，而是后倾的。由于前轮是固定在车把的前叉上，因此又叫前叉后倾。前叉后倾，使车辆转弯时产生的离心力其所形成的力矩方向，与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。这样，车子就有了自动回正的稳定性。车速越快，所造成的恢复力矩越大，骑车人就越感到稳定。这就是高速骑车时，会感觉车子比刚刚起步的时候稳定的原因。
一般而言，车子前叉越后倾，车子越稳定，但转动车把越费劲；而后倾角度小，转把较容易，但车子的稳定性不够。但如果自行车完全没有前叉后倾，那么，骑自行车会是一件很痛苦的事情。
自行车其实是相当复杂的力学体系，而汽车的前轮定位更加复杂。有主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束，这保证开车的时候车子尽可能稳定，但又减少轮胎的磨损。问题七：为什么自行车在前进时其后轮相对于地面有向后运动的 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，因此自行车与路面之间有摩擦，不过，要问自行车为何能前进？这还是依靠后轮与地面之间的摩擦而产生的，这个摩擦力的方向是向前的。那前轮的摩擦力是干什么的？阻碍车的运动！其方向与自行车前进方向相反。正是这两个力大小相等，方向相反，所以自行车作匀速运动。不过，当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后。那谁和这两个力平衡呢？脚对地面的摩擦力向前！
你最好能画一个受力分析图。我就做一个简单的分析吧，希望能对你有所帮助。1.
你脚蹬踏板，通过链条使后轮转动，后轮与地面接触的那部分，相对于地面是静止的，且有向后运动的趋势（不懂就拿辆自行车看看），所以地面相对与后轮就有个向前的运动趋势（相对运动该知道吧？），地面就对后轮有个向前的摩擦力（摩擦力那节自己看看）。2.
自行车在向前运动时，地面相对于车是向后运动的，前轮是被地面带动转动的，地面相对与前轮有个向后的运动趋势，所以前轮就受到地面一个向后的摩擦力。问题八：自行车是依靠什么的力量前进的 自行车依靠双腿脚踏牙盘,通过链条专递动力到飞轮.飞轮带动后轮产生向前滚动的力量问题九：为什么自行车在前进的时候踏板还在转动 再好的轴承也有摩擦力，所以后轮轴带动塔基，塔基带动飞轮，飞轮带动链条，链条带动牙盘，牙盘带动曲柄，脚踏在曲柄上，所以曲柄转脚踏也就跟着转了。 而最终的一切，都是因为摩擦力，阻碍了轴承转动。希望我的解答为你解惑。~~~
通过对自行车的仔细的受力与动力学分析，可以发现，对于自行车来说，匀速运动是不存在的。就拿前轮来分析，由于轮子的对称性，前轮的质心在它的中心，而在运动中，自行车前轮必然会受到地面的阻力，这个力不过前轮的中心，也就是不过前轮的质心，而车架通过前轴对前轮的力必然会过质心，这样一来，前论受到的合外力矩必然不会为0，前轮不会匀速的转动。骑自行车的时候，脚也不是一直都在用力蹬脚蹬，当脚用力蹬脚蹬时，车子就会加速，当不太用力时，车子又会减速，实际的骑自行车的过程就是交替地加速减速。
自行车中的各个轮子尺寸不是随意的，除了从美观的角度考虑，还要受到物理规律的制约。现在从物理学的角度对自行车中的各个轮子尺寸作出分析。
假设脚蹬到中轴的距离为R1，链轮的半径为R2，飞轮的半径R3，后轮的半径为R4。脚蹬，曲柄，链轮的整体转动惯量为I1，飞轮，后轮的整体转动惯量I2。定义自行车速率与脚蹬速率的比值为速率效率。假设脚蹬的速率为V0
由脚蹬与链轮的角速度必须相等，飞轮与后轮的角速度必须相等，链轮与飞轮的苏联相等可以推出车子的速度V=V0*R2R4/R1R3 [1]
再假设地面给后轮的摩擦力为f，链条给后轮的作用力为f‘，人蹬脚蹬的力F。后轮的角加速度为B，前轮的角加速度为B‘
B*R3=B‘*R2
对脚蹬，曲柄，链轮的整体，
FR1- f‘R2=I1B’
对飞轮，后轮的整体，
f‘R3- f R4=I2B
解得；F= f*R2R4/R1R3+I1BR3/R1R2+I2BR2/R1R3
我们可以把它分成几个部分来考虑，克服地面摩擦的力f*R2R4/R1R3，克服脚蹬，曲柄，链轮的转动惯量的力I1BR3/R1R2，克服飞轮，后轮的转动惯量的力I2BR2/R1R3。
现利用控制变量的思路对自行车中的各个轮子尺寸进行讨论。
当其他量一定时，R1越大，克服地面摩擦的力和克服飞轮，后轮的转动惯量的力越小，但是速率效率就越小[即脚蹬的速率一定时，自行车的速率越小]，而且R1越大时，I1就会越大，克服脚蹬，曲柄，链轮的转动惯量的力不一定会变小。
当其他量一定时，R2越大，速率效率就越大，克服脚蹬，曲柄，链轮的转动惯量的力越小，但是克服地面摩擦的力和克服飞轮，后轮的转动惯量的力就会越大。
当其他量一定时，R3越大，克服地面摩擦的力和克服飞轮，后轮的转动惯量的力就会越小，但是速率效率就越小，克服脚蹬，曲柄，链轮的转动惯量的力越大。
当其他量一定时，R4越大，速率效率就越大，但是克服地面摩擦的力越大。
综上所述，自行车中的各个轮子尺寸除了从美观的角度考虑，还要受到物理规律的制约问题五：自行车是靠什么带动轮胎前进的。 人体生物能转化为机械能再转化为动能问题六：为什么自行车正着骑会前进而反着骑不会后退 自行车只有2个轮子，却为什么可以保持平衡呢？甚至，高手在骑车的时候，可以双手离开车把，任由车子向前走而不担心摔倒（但要担心前面呼啸而来的汽车）。物理学家拿出一个陀螺，放在地上转一下，并开始用鞭子使劲抽打它，随着陀螺越转越快，陀螺也像不倒翁一样，虽然只有一个尖着地，却左右摇摆而不肯倒下。这就是陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的惯性。
陀螺只有一个旋转方向，已经很稳定了。而自行车有2个轮子，显然自行车轮子在高速旋转的时候，会使自行车更稳定。因此，骑车人撒开车把也不会倒下。
但遗憾的是，这并非一个合理的解释。
陀螺效应在保持自行车稳定中也许起到不可忽略的效果，但是，如果自行车单单凭借陀螺效应保持稳定，那么，初学者也应该在高速骑车时不会倒下。但是，2个陀螺似乎并不足以支撑骑车人重达几十公斤的身体的倾斜。刚学习骑车往往会摔得很惨。从另一个方面看，骑独轮车的杂技演员由于车速很低，甚至车轮完全停止转动，则基本无法依靠陀螺效应保持平衡。
自行车的平衡首先来自于骑车人腰部的肌肉。熟练的骑车人，其身体形成自动的条件反射，当自行车稍微倾斜倒下时，人的身体会感受到，腰部肌肉会自动动作，把身体拉向另一侧，形成的反向力矩促使车身抬起。我们学习骑自行车，也就是训练身体的肌肉完成这种条件反射，而一旦学会，这个控制回路就保持在小脑中，随时可以启用，许多年也不会忘记。
但是高速骑车时，会感觉车子比刚刚起步的时候稳定，这又是为什么呢？
自行车本身的平衡机制，来自于前叉后倾。我们可以观察到，几乎每辆自行车的车把轴，都不是与地面完全垂直，而是后倾的。由于前轮是固定在车把的前叉上，因此又叫前叉后倾。前叉后倾，使车辆转弯时产生的离心力其所形成的力矩方向，与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。这样，车子就有了自动回正的稳定性。车速越快，所造成的恢复力矩越大，骑车人就越感到稳定。这就是高速骑车时，会感觉车子比刚刚起步的时候稳定的原因。
一般而言，车子前叉越后倾，车子越稳定，但转动车把越费劲；而后倾角度小，转把较容易，但车子的稳定性不够。但如果自行车完全没有前叉后倾，那么，骑自行车会是一件很痛苦的事情。
自行车其实是相当复杂的力学体系，而汽车的前轮定位更加复杂。有主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束，这保证开车的时候车子尽可能稳定，但又减少轮胎的磨损。问题七：为什么自行车在前进时其后轮相对于地面有向后运动的 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，因此自行车与路面之间有摩擦，不过，要问自行车为何能前进？这还是依靠后轮与地面之间的摩擦而产生的，这个摩擦力的方向是向前的。那前轮的摩擦力是干什么的？阻碍车的运动！其方向与自行车前进方向相反。正是这两个力大小相等，方向相反，所以自行车作匀速运动。不过，当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后。那谁和这两个力平衡呢？脚对地面的摩擦力向前！
你最好能画一个受力分析图。我就做一个简单的分析吧，希望能对你有所帮助。1.
你脚蹬踏板，通过链条使后轮转动，后轮与地面接触的那部分，相对于地面是静止的，且有向后运动的趋势（不懂就拿辆自行车看看），所以地面相对与后轮就有个向前的运动趋势（相对运动该知道吧？），地面就对后轮有个向前的摩擦力（摩擦力那节自己看看）。2.
自行车在向前运动时，地面相对于车是向后运动的，前轮是被地面带动转动的，地面相对与前轮有个向后的运动趋势，所以前轮就受到地面一个向后的摩擦力。问题八：自行车是依靠什么的力量前进的 自行车依靠双腿脚踏牙盘,通过链条专递动力到飞轮.飞轮带动后轮产生向前滚动的力量问题九：为什么自行车在前进的时候踏板还在转动 再好的轴承也有摩擦力，所以后轮轴带动塔基，塔基带动飞轮，飞轮带动链条，链条带动牙盘，牙盘带动曲柄，脚踏在曲柄上，所以曲柄转脚踏也就跟着转了。 而最终的一切，都是因为摩擦力，阻碍了轴承转动。希望我的解答为你解惑。~~~
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