为什么打饱气的自行车骑起来比较省力?万分感激!

为什么打饱气的自行车骑起来比较省力?万分感激!
为什么打饱气的自行车骑起来比较省力?
万分感激!

为什么打饱气的自行车骑起来比较省力?万分感激!
我国是自行车工国,自行车作为我国人民的主要代步工具,具有价格低廉、结构简单、维修方便、使用便捷等优点.而自行车在设计、制造、使用中应用到的力学原理却非常丰富,其中有一力学现象：轮胎充足气的自行车比未充足气的自行车骑起来轻便些,我们应怎样用力学原理解释此现象呢?
    为解释此现象,我们先来分析这样的问题：（1）静止在水平路面上,质量分布均匀的圆柱体的受力情况.根据力学知识,如图1所示,由于圆柱体静止在水平路面上,圆柱体受到的重力和路面给圆柱体的支持力相平衡,两力的作用线通过圆柱体的质心.
   我们再来分析这样的问题：（2）现在让此圆柱体在水平路面上以速度v向左滚动起来,它的受力情况又是如何呢?如图2所示,由于圆柱体和路面间有相互作用的弹力,它们或多或少会发生形变,形变的明显程度要看这两个相互接触物体的坚硬程度.如果路面比圆柱体坚硬,则圆柱体形变就比路面形变明显,此种情形相当于水泥路面和自行车轮胎的接触；如果圆柱体比路而坚硬,则路面的形变就比圆柱体形变明显,此种情况相当于压路机和沥青路而的接触.为便于分析,我们假设路面比较松软,形变明显,圆柱体比较坚硬,几乎不发生形变,当圆柱体向左滚动时,圆柱体左边的支持面会形成凸起,而右边的路面较为平坦,接触处的形变将不再像圆柱体在水平路面上静止时的左右对称,造成路面对圆柱体支持力的作用点不在O点的正下方,而是向左移动,设此作用力为N,N的作用线将不通过O点,从而力N产生一个阻碍圆柱体滚动的力矩.
如果我们把力N分别沿竖直方向和垂直于圆柱体半径方向分解成、 ,其中就是圆柱体和路面间的静摩擦力,设与水平面间的夹角为,根据刚体动力学知识可知：
    ,由于作为的分力,在接触处形变不是很明显的情况下,其数值是很小的,而 角也很小,所以可认为
    力产生的阻碍圆柱体滚动的阻力矩可认为就是产生的阻力矩：
        .
   式中L为和O点的垂直距离,即的力臂,L和接触面材料、粗糙程度、滚动速度、形变程度等因素有关.
    从上述分析可知,一物体在另一物体表面作无滑动的滚动或有滚动的趋势时,由于两物体在接触部分受挤压发生形变而产生对滚动的阻碍作用,其阻碍作用一般通过阻力矩实现,阻力矩的大小与物体间的压力、接触面的形变情况、粗糙程度、滚动速度以及物体的材料等因素有关.接触面愈软,形状变化愈大,则 偏离O点的距离就愈大,阻力矩就愈大.由于充足了气的自行车轮胎和未充足气的自行车轮胎在同一水平路而上行驶时,在相同的重力情况下,轮胎发生的形变程度是不一样的,滚动时路面支持力对车轮形成的阻力矩大小是不同的,路面对充足了气的自行车轮胎形成的阻力矩较小,因此骑行时就感觉轻便些.
    同样道理可解释同一自行车在松软的路面上骑比在水泥路面上骑费力的原因.
    在实际生活中,为减小物体滚动时受到的阻碍作用,我们要尽可能地增大物体的坚硬度,以减小接触处的形变.例如在制造轴承时,轴承的钢珠及钢珠滚动的内外钢圈都很坚硬；火车由于质量很大,车轮和钢轨间的压力就非常大,为减小火车运行时的阻力,除钢轨用强度很大的钢铁制造外,其车轮不仅用钢铁制造,还要在车轮上套上强度更大的钢箍,以进一步减小车轮滚动时受到的阻力知作用.
    一辆载重汽车停止在斜坡上,为防止载重汽车沿斜坡下滑,司机操纵刹车机构,制动器刹车鼓夹紧制动盘,阻止传动轴的运动,车轮失去转动的自由,汽车在其重力的驱使下沿斜而有向下滑动的趋势,从而获得地而给予的摩擦力.如果刹车系统提供的内摩擦不足,车轮刹不死,转动的车轮只能获得地而给予的滚动摩擦力,但其数值远远小于静摩擦力,刹车就会失败.
    有经验的司机常常在汽车轮下压一个楔形块,可以有效地阻止下滑.为什么一个小小的楔块可以停住一部大汽车呢?这时我们可以把楔块看作是发生很大形变的路面的一部分,其产生的对车轮作用力将偏离轮心较大的距离,因此产生的阻碍车轮滚动的阻力矩的力臂较大,尽管一个楔块本身的重力很小,但是由于压在了车轮下面,汽车重量的一部分施加在了它上面,这样,楔块就对汽车产生很大的正压力,可以获得的阻力矩自然也就比较大了.

打饱气的车轮与地面的接触面积小，摩擦力小，所以省力。

轮胎打饱气，与地面的接触面积减小，就是看起来是凸起来的，与地面的摩擦力会变小、所以会感觉相对省力

接触面积减小，所以摩擦力减小，节省力气