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自転車の仕組みについての物理知識

2023/05/17
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知ってますか?自転車には物理の知識がたくさんあります。

自転車の仕組みについての物理知識

 

一、安定性知識 

 

自転車が走行中に倒れないのは、物理学の応用のおかげです。
高速で回転しているものは、回転する独楽が倒れないのと同じように、回転する方向を変えないので倒れることはありません。私たちが自転車に乗っているのは、進行方向に力を入れて、車輪を回転させると、車輪がバランスをとって、ハンドルで調節して、自転車は前に進むことができます。止まると、バランスがとれて、自転車は倒れます。

自転車の仕組みについての物理知識

 

二、摩擦知識

 

1、走行中の摩擦

 

自転車が走行する時、チェーン駆働で後輪が反時計回りに回り、タイヤと地面が接触したところが地面に対して後ろに運働する傾向があります。そのため、後輪に対して前に摩擦力が加わります。この摩擦力が車体が前に進む働力です。この力で車体が前に進みますが、前輪が地面と接する部分で前に進むと、前輪と後ろに摩擦力が生じ、その摩擦力で前輪が後輪と同じ方向に回転して前にう進むことから、後輪を駆働輪、前輪を従動輪と呼ぶこともあります。雨や雪の日は、地面との摩擦力が小さくなり、自転車が転びやすくなる、いわゆる滑ると呼ばれる理由がここにあります。自転車のタイヤのデコボコ図案は、摩擦力を高めるためです。

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2、ブレーキの摩擦

摩擦力は自転車の進むだけでなく、制御するために不可欠な力であり、ブレーキを使って自転車を止まると際にも関与します。ブレーキの性能が悪ければ、安全は保障されません。、ブレーキパッドとブレーキディスクまたはホイールリムの間の接触によって生じる力を指します。この摩擦力が働くことで、自転車の速度を低下させたり、停止させたりすることができます。
摩擦力の大きさは圧力の大きさと接地面の粗さで決まります。新品と中古の二台の自転車が、同じ速度で、ほぼ同じ力でブレーキのハンドルを握ります。新車のブレーキが速いのは、古い車のブレーキブロックとタイヤが滑らかで、摩擦力が小さいからです。また、自転車のハンドルやペダルなどに、でこぼこの図案があるのも、接触面の粗さを増すことで摩擦を大きくしています。

 

 

自転車の仕組みについての物理知識

 

3、サスペンション

 

自転車には、走行時の振動を軽減するためにサスペンションが装備されることがあります。一般的には、前後輪それぞれにサスペンションが付いていますが、三角部分(フレーム)、サドル、ハンドルバーなど、他の場所にもサスペンション機構が組み込まれることがあります。三角部分、サドル、ハンドルバーなどは、バネやサスペンションで衝撃を吸収することで、乗り心地を向上させます。一方、前後輪のサスペンションは、タイヤと地面の接触面積を増やし、走行時の振動や路面の凹凸を吸収することで、安定性や乗り心地を向上させます。

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二、圧力知識

 

1、自転車のタイヤに荷重が刻まれています。荷重が多すぎる場合、タイヤにかかる圧力が増大し、タイヤが変形したり破損したりする恐れがあります。
クッションをサドル型にすることで、クッションと身体の接触面積を増やしてお尻への負担を軽減し、自転車での疲労を感じにくくすることができます。

 

2、夏にはタイヤの空気は十分を入って、強い日差しにさらされるとタイヤがパンクする可能性がある。これは、日差しによりタイヤ内のガスが熱を吸収し、温度が上昇して膨張し、圧力が上昇するためであるため、タイヤがパンクしやすくなる。

3、空気芯は、タイヤ内の空気を封じ込める役割を持ちます。タイヤバルブに取り付けられた芯は、ガス漏れを防ぎながら、必要に応じて空気を入れたり排出したりすることができます。また、空気チューブとタイヤバルブをしっかりと密封することで、タイヤ内の圧力を維持し、安定した走行を実現します。

自転車の仕組みについての物理知識


三、簡単な機械の知識

 

1、梃子の原理

 

A、自転車のハンドルには、操作が容易で小さな力で前輪の方向やバランスを制御できるレバーが備わっています。

B、ハンドルの上にあるブレーキレバーは、ブレーキを操作するための省力装置であり、小さな力でも車輪の鋼のリムまで大きな圧力でブレーキをかけることができます

2、ホイールの知識

 

Aペダルとスプロケット:省力輪軸を組み立て(ペダル半径はスプロケット半径より大きいの場合)

Bハンドルとフォーク:省力輪軸を組み立て(ハンドルの回転半径はフォーク半径より大きいの場合)

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四、運動の法則と機械の原理

 

運動の法則によって:斜度の急な坂道を直線的に登りきるよりも、S字のように揺らしながら登る方が、同じ距離を移動するにあたって必要なエネルギーが少なくなり、体力を節約できるとされています。

運動エネルギーと重力ポテンシャルの相互変換です。例えば、自転車で坂道を上る前に、人は数回強くペダルを踏んで、坂道を少し楽に上ることができます。この時、仕事が運動エネルギーに変換されます。一方、自転車で坂道を下る際には、ペダルを漕がずに走行すると速度がどんどん上がり、重力ポテンシャルエネルギーが徐々に運動エネルギーに変換されます

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五、慣性の法則

 

進んでいる自転車はずっと進み続けようとするという事です。 進んでいる自転車は、ペダリングを止めても急には止まりません とするのは「慣性の法則」によるものです。

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当記事のウェブサイト:https://erway.zepan.jp/blogs/news/14
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