自行车上的物理知识

　　你知道自行车上有哪些物理知识吗？下面我们来看一看。

　　1、自行车上的摩擦知识。

　　①自行车外胎为什么要有凸凹不平的花纹

　　摩擦力的大小跟两个因素有关：压力的大小、接触面的粗糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有凸凹不平的花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是为了防止自行车打滑。

　　②自行车为什么能前进？

　　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！

　　③刹车以后，自行车为何能停止？

　　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。如果完全刹死，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。

　　④自行车哪些地方安有钢珠？为什么安钢珠？

　　在自行车的前轴、中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处等地方，都安有钢珠。

　　人们骑自行车总是希望轻松、灵活、省力。而用滚动代替滑动就可以大大减小摩擦力，因此要在自行车转动的地方安装钢珠，我们可以经常加润滑油，使接触面彼此离开，这样就可以使摩擦力变得更小。

　　2、自行车上的杠杆、轮轴知识。

　　①自行车上的杠杆

　　A、控制前轮转向的杠杆：自行车的车把，是省力杠杆，人们用很小的力就能转动自行车前轮，来控制自行车的运动方向和自行车的平衡。

　　B、控制刹车闸的杠杆：车把上的闸把是省力杠杆，人们用很小的力就能使车闸以较大的压力压到车轮的钢圈上。

　　②自行车上的轮轴

　　A、中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴（脚蹬半径大于花盘齿轮半径）。

　　B、自行车手把与前叉轴：组成省力轮轴（手把转动的半径大于前叉轴的半径）。

　　C、后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴（齿轮半径小于后轮半径）。

　　3、自行车上的气压知识。

　　自行车内胎充气：早期的各种轮子都是木轮、铁轮，颠簸不已。现代自行车使用充气内胎主要是使胎内的压强增大，可以起到缓冲的作用，同时可以减小自行车前进的阻力。

　　气门芯的作用：充气内胎上的气门芯，起着单向阀门的作用，只让气体进入，不让气体外漏，方便进气，保证充气内胎的密封。

　　4、自行车上光学知识。

　　自行车上的红色尾灯，不能自行发光，但是到了晚上却可以提醒司机注意，因为自行车的尾灯是由很多蜂窝状的“小室”构成的，而每一个“小室”是由三个约成90度的反射面组成的。这样在晚上时，当后面汽车的灯光射到自行车尾灯上，就会产生反射光，由于红色醒目，就可以引起司机的注意。

　　自行车在我国是很普及的代步和运载工具。在它的“身上”运用了许多力学知识

　　1.测量中的应用

　　在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。

　　2.力和运动的应用

　　（1）减小与增大摩擦。

　　车的前轴、中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。

　　多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎，车把手塑料套，蹬板套、闸把套等。变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。

　　（2）弹簧的减震作用。

　　车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。

　　3.压强知识的应用

　　（1）自行车车胎上刻有载重量。如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。

　　（2）座垫呈马鞍型，它能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强，使人骑车不易感到疲劳。

　　4.简单机械知识的应用

　　自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离，还使用了轮轴：脚蹬板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。

　　5.功、机械能的知识运用

　　（1）根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“S形”路线就是这个道理。

　　（2）动能和重力势能的相互转化。

　　如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，就容易上去些，这里是动能转化为势能。而骑车下坡，不用蹬，车速也越来越快，此为势能转化为动能。

　　6.惯性定律的运用

　　快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮为什么会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性定律，人和后轮要保持继续向前的运动状态，所以后轮会跳起来。

　　切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故！

阅读以下文章并回答后面的问题．

　　科学家们发现，大自然中蕴藏着巨大的能量，可以通过多种手段，从21世纪初期开始，有一定规模地向雨雪垃圾索电，是完全可以实现的．

　　利用积雪发电：大家知道，积雪的温度是0℃以下，因此雪中蕴藏着巨大的冷能．科学家提出利用积雪发电的大胆设想．它的工作原理是，将蒸发器放在地面上，将凝缩器放在高山上，再用两根管子将它们连接在一起，然后抽出管内空气，用地下热水使低沸点的氟里昂(即现代电冰箱所用的制冷物质)汽化，并以雪冷却凝缩器，由于氟里昂的沸点很低，加上管内被抽空，所以它就沸腾起来，变成气体快速向管子的上端跑去，冲击汽轮机旋转，从而带动发电机发电．试验证明，1 t雪可把2～4 t氟里昂送上蓄液器．可见雪的发电本领是十分惊人的．

　　雪的资源极其丰富，地球上34％的国家属多雪地区．我国东北和新疆北部是全国下雪天数最多的地区，每年平均在40天以上，积雪日数在90天以上．积雪发电的问世，将使茫茫雪原变成人类的又一理想的未来发电能源．

　　利用下雨发电：目前，科学家们研究雨能的利用已获得成功，它是利用一种叶片交错排列，并能自动关闭的轮子，轮子的叶片可以接受来自任何方向的雨滴，并能自动开关，使轮子一侧受力大，另一侧受力小，从而在雨滴冲击和惯性的作用下高速旋转，驱动电机发电．雨能电站可以弥补地面太阳能电站的不足，使人类巧妙而完美地应用太阳能、风能、雨能．

　　我国南方雨能资源丰富，特别是华东、华南、中南和西南各省的雨水充足，一年四季冰雪期很少，雨季的降雨量一般都比较多，阴雨天利用雨能发电，阳天利用太阳能发电，这样无论晴天或阴雨天，人们都可以享受到大自然的恩赐，享受到电能带来的光和热．

　　微生物电池：在探索微生物能源工作中，一些国家正在从事着微生物电池的研究．什么是微生物电池呢？它是一种用微生物的代谢产物，做电极活性物质，从而获取电能．从研究的进展看，作为微生物电池的活性物质，只限于甲酸、氢、氨等．我们用一种叫产气单抱菌的细菌，处理100摩尔椰子汁，使其生成甲酸，然后把以此做电解液的3个电池串连在一起，生成的电能可使半导体收音机连续播放50多个小时．当然，这只是试验，但它表现出的事实是令人神往的．

　　21世纪是人类飞向宇宙的时代，在宇宙飞船这样的封闭系统中，排泄物的处理确实是个必须解决的问题．美国宇宙航行局设计了一种一举两得的解决方案：用一种芽孢杆菌处理尿，使尿酸分解而生成尿素，在尿素酶的作用下分解尿素产生氨．氨用做电极活性物质，在铂电极上产生电极反应，组成了邀翔太空的理想微生物电池．在宇航条件下，每人每天如果排出22克尿，就能够获得47瓦时的电力．

　　氢燃料电池，成为微生物能源的又一种电能形式．利用一种产生氢气能力强的细菌，在容积为10升的发酵装置中，每小时所产生的近20升氢气，足以维持3.1～3.5伏燃料电池的工作．科学日新月异的21世纪，有机废水的处理也与微生物电池发生了密切关系．在利用微生物处理有机废水时，在使废水无害化的同时，可以把微生物的代谢产物做微生物电池的活性物质，从而获得电能，从这个角度上，微生物做为同时解决公害和能源问题的一种手段，已引起人们的广泛注意．尽管微生物电池的研制尚处在萌芽状态，使用也还只限于一定范围，但是到21世纪的某一天，微生物电池就能够带动着马达飞转，为人类创造更多的物质财富．

　　向污泥要能源：城市下水道污泥中富含有机物质，其中蕴藏着可观的能量．不少国家已开始利用厌氧细菌将下水道污泥“消化”，然后收集其中产生的沼气作为热源，并将下水道污泥制成固体燃料．

　　关于下水道污泥作为固体燃料的开发与实用化研究方面，欧洲国家居领先地位．日本东京都能源局利用下水道污泥作为燃料发电的试验也已获成功．日本能源科学家还将下水道污泥利用多级蒸发法制成固状物，所得燃料的发热量为16 000～18 000 kJ/kg，与煤差不多．

　　德国的一家化学公司将工厂下水道排放的废水(其中含10％的普通生活污水)进行处理，所得活性污泥作为燃料，他们在下水道污水中加入有机凝集剂，再用电力脱水机脱去部分水分，加入一定比例的粉煤，最后利用压滤机榨干水分，用这种方法制成的燃料发热量大约是9 200～1 000 kJ/kg，并且将其干燥、粉碎后并不影响其燃烧性能．

　　从下水道污泥中挖掘潜在能源，不仅开辟了能源新途径，还可以根本上解决城市下水道污泥污染问题．对改善城市地下水水质有着至关重要的作用．环境科学家有必要重新估计下水道污泥的作用和利用价值，进一步研究下水道污水处理以及下水道水系的设计．

　　目前，世界上许多国家正在研究，能否建立一个从污水处理到能源、环保方面的综合管理体系，以便一劳永逸地解决下水道污水的去向问题．

摘自《能源趣览》

阅读完以上文章后回答：

(1)文中介绍了哪几种新的能源利用方式？分别是什么？

(2)利用积雪和下雨发电的工作原理分别是什么？

(3)结合你在日常生活中对能源的利用，谈谈你对节约能源的看法．