255 254 The future talent 未来英才科技前沿 I Science and Technology Frontier自行车中的杠杆原理分析文 / 唐文哲 湖南省长沙市实验中学 高三（1512）班自行车也叫单车或脚踏车，英文名，bicycle，通常为两轮小型路上车辆，动力由人的脚踩踏板提供，具备绿色环保等特点。而随着人们需求的多样化发展，逐步出现了单人、双人甚至多人自行车，但从整体结构来看，其中原理基本相同。常规的自行车一般由 25 个部件构成，其中包括车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等，这些基础部件都是保证自行车完整性所必须的。同时，这些部件也包含有不同的机械原理，如运用杠杆原理的刹车、把手，运用...

　　255 254 The future talent 未来英才科技前沿 I Science and Technology Frontier自行车中的杠杆原理分析文 / 唐文哲 湖南省长沙市实验中学 高三（1512）班自行车也叫单车或脚踏车，英文名，bicycle，通常为两轮小型路上车辆，动力由人的脚踩踏板提供，具备绿色环保等特点。而随着人们需求的多样化发展，逐步出现了单人、双人甚至多人自行车，但从整体结构来看，其中原理基本相同。常规的自行车一般由 25 个部件构成，其中包括车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等，这些基础部件都是保证自行车完整性所必须的。同时，这些部件也包含有不同的机械原理，如运用杠杆原理的刹车、把手，运用轮轴原理的曲柄、链轮等，运用齿轮原理的大链轮、链条与小链轮这一组合。下面主要侧重杠杆及相关原理进行具体说明。一、杠杆原理杠杆原理，也叫做“杠杆平衡条件”，在日常生活中的应用十分广泛，如利用撬棍撬动重物就是杠杆原理的直观体现，杠杆平衡条件是指作用在杠杆上的两个力矩应当相等，也就是作用力与该作用力力臂的乘积相等，用公式表示为：动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂，即2 2 1 1L F L F × = × ，在该式中，2 1F F、分别为动力与阻力，2 1L L、 则分别为动力臂和阻力臂。动力、动力臂、阻力、阻力臂与支点共同构成了杠杆五要素。二、自行车各部件杠杆类型自行车中大部分部件都运用了杠杆原理，其中大部分是省力杠杆，但主要动力系统，后轮与轮轴是费力杠杆，各部件的省力与费力情况如表 1 所示：1、车把及其轮轴。自行车的车把与中间竖轴及前轮构成了一条等臂杠杆，在摆动前轮时，自行车前轮与地面的接触点就是支点，两个车把就是着力点，着力点与数轴间的垂直距离就是动力臂，阻力臂几乎可以忽略不计，动力臂显然要比阻力臂大得多，因此，这是一个特点鲜明的省力杠杆，人们只需要用很小的力就能够摆动前轮的方向。具体情况如图 1 所示：2、前闸与后闸。前闸与后闸的杠杆原理基本一样，其着力点都为车把上两个刹车闸握柄，握柄的一段连着钢丝，通过拉动钢丝就能带动刹车片紧粘钢圈，从而增大前后轮的阻力，起到制动作用，在刹车片刹车时，也运用到了通过增加接触面来增大摩檫力的原理。前闸与后闸的动力、动力臂、阻力、阻力臂与支点的情况如图2 所示，从图 2 可以看出，当拉动刹车闸握柄时，动力臂也要大于动力臂。3、踏板及大齿轮、后轮轴与链条。自行车的踏板是提供人工动力的主要部件，一般而言，自行车踏板的踩踏方向都是垂直向下，因此，这一部件中动力臂是踏板中轴与飞轮中轴之间的垂直距离，阻力臂则是来自链条对飞轮施加的阻力，也就是自行车行进过程中产生的阻力，这个阻力主要由后轮齿轮经由链条施加给大齿轮的，因此，这几个部件单独分开都可以看成是单独的杠杆系统。其中，脚踏板与大齿轮构成的杠杆系统如图 3 所示。链条与齿轮之间，除了起到基本的动力传动作用外，齿轮还能够防止链条打滑，而后轮与后轮轴之间实质上与踏板与大齿轮的原理一样，但是动力与阻力的方向相反，因而，后轮的动力臂要远小于阻力臂，所以是一个费力杠杆轮轴。这三组部件构成了自行车的定力系统，整体情况如图4所示：事实上，自行车还有其他部件也运用到了杠杆原理，如扯得铃铛、刹车片等IM体育APP下载，无论是费力杠杆还是省力杠杆，我们只需要根据杠杆平衡公式，找准动力与阻力的方向，明确动力臂与阻力臂的大小，就可以清楚的辨别这种杠杆是省力杠杆还是费力杠杆。三、结语自行车由许多部件组合而成，这些部件之间或多或少存在一定的交点，大部分交点都可以看作是杠杆的支点，因此，自行车上运用了杠杆原理的部件较多。而正是由于这些运用了杠杆原理的部件存在，我们才可以比较轻松的骑行起来，让它成为绿色环保的代步工具。参考文献[1] 邱燕 . 自行车上的简单机械 [J]. 初中生世界( 八年级物理 ),2012,(Z4).[2] 刘军武 . 盘点自行车中六个问题 [J]. 数理化学习 ( 初中版 ).2013,(01).[3] 郭东辉 . 简单机械的应用自行车探秘 [J]. 中国多媒体与网络教学学报 ( 电子版 ).2016,(04).摘 要：杠杆及轮轴原理在人们的日常生活当中随处可见，小到剪刀、筷子、开瓶器，达到跷跷板、起重机吊塔等。杠杆又有省力杠杆、费力杠杆与平衡杠杆之分。本文将以人们日常生活中都能见到的自行车入手，分析自行车上各构件应用的杠杆原理。关键词：自行车；杠杆；省力；费力表 1 自行车各部件杠杆类型部件 杠杆类型 部件 杠杆类型车把及其轮轴 省力杠杆 踏板及大齿轮 省力杠杆前闸与后闸 省力杠杆 后轮与轮轴 费力杠杆链条与齿轮等 省力杠杆图 1 车把与前轮杠杆原理图 2 前闸与后闸杠杆原理图 3 踏板及大齿轮杠杆原理图 4 自行车动力系统万方数据