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无限法则有手游吗:自行車的原理

日期:2017/8/16 9:23:27 訪問量:692 作者: 來源:

无限法则开车好慢 www.xsrwr.icu 自行車的原理是通過人的腳對腳蹬施加力,從而通過曲柄帶動鏈輪的轉動,鏈輪又通過鏈條帶動飛輪的轉動,飛輪進而后輪轉動。由于后輪與地面的摩擦力,使得后輪與地面不會相對滑動,而后輪在地面上滾動,整個車子就運動起來了。

  通過對自行車的仔細的受力與動力學分析,可以發現,對于自行車來說,勻速運動是不存在的。就拿前輪來分析,由于輪子的對稱性,前輪的質心在它的中心,而在運動中,自行車前輪必然會受到地面的阻力,這個力不過前輪的中心,也就是不過前輪的質心,而車架通過前軸對前輪的力必然會過質心,這樣一來,前論受到的合外力矩必然不會為0,前輪不會勻速的轉動。騎自行車的時候,腳也不是一直都在用力蹬腳蹬,當腳用力蹬腳蹬時,車子就會加速,當不太用力時,車子又會減速,實際的騎自行車的過程就是交替地加速減速。

  自行車中的各個輪子尺寸不是隨意的,除了從美觀的角度考慮,還要受到物理規律的制約。現在從物理學的角度對自行車中的各個輪子尺寸作出分析。

  假設腳蹬到中軸的距離為R1,鏈輪的半徑為R2,飛輪的半徑R3,后輪的半徑為R4。腳蹬,曲柄,鏈輪的整體轉動慣量為I1,飛輪,后輪的整體轉動慣量I2。定義自行車速率與腳蹬速率的比值為速率效率。假設腳蹬的速率為V0

  由腳蹬與鏈輪的角速度必須相等,飛輪與后輪的角速度必須相等,鏈輪與飛輪的蘇聯相等可以推出車子的速度V=V0*R2R4/R1R3 [1]

再假設地面給后輪的摩擦力為f,鏈條給后輪的作用力為f‘,人蹬腳蹬的力F。后輪的角加速度為B,前輪的角加速度為B‘

B*R3=B‘*R2

  對腳蹬,曲柄,鏈輪的整體,

FR1- f‘R2=I1B’

對飛輪,后輪的整體,

f‘R3- f R4=I2B

解得;F= f*R2R4/R1R3+I1BR3/R1R2+I2BR2/R1R3

  我們可以把它分成幾個部分來考慮,克服地面摩擦的力f*R2R4/R1R3,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉動慣量的力I1BR3/R1R2,克服飛輪,后輪的轉動慣量的力I2BR2/R1R3。

  現利用控制變量的思路對自行車中的各個輪子尺寸進行討論。

  當其他量一定時,R1越大,克服地面摩擦的力和克服飛輪,后輪的轉動慣量的力越小,但是速率效率就越小[即腳蹬的速率一定時,自行車的速率越小],而且R1越大時,I1就會越大,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉動慣量的力不一定會變小。

  當其他量一定時,R2越大,速率效率就越大,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉動慣量的力越小,但是克服地面摩擦的力和克服飛輪,后輪的轉動慣量的力就會越大。

  當其他量一定時,R3越大,克服地面摩擦的力和克服飛輪,后輪的轉動慣量的力就會越小,但是速率效率就越小,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉動慣量的力越大。

  當其他量一定時,R4越大,速率效率就越大,但是克服地面摩擦的力越大。


  綜上所述,自行車中的各個輪子尺寸除了從美觀的角度考慮,還要受到物理規律的制約

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