騎自行車爬坡時 為什麽走“S”形更省力呢?
騎自行車是壹種低碳環保的出行方式,當在騎行途中遇到爬坡路段時,會非常吃力。如果所騎的是普通自行車,可以采用“S”形路線的騎行方式,讓騎行變得輕松壹些。那麽,這其中蘊含著什麽原理呢?
從做功的角度來看,坡作為物理學中的斜面模型,如同杠桿、滑輪壹樣,可以起到省力的作用。以杠桿為例,動力臂的長度是阻力臂的幾倍,就能達到幾倍的省力效果,而同樣對於光滑斜面來說,斜面長度是高度的幾倍,就能達到幾倍的省力效果。也就是說根據斜面原理,斜度越小或者斜面越長,則越省力。
騎自行車爬坡時 為什麽走“S”形更省力
為什麽斜度越省力呢?因為當物體處於斜面上時,其中壹部分重力會由斜面承擔。由圖1和圖2可以看出,物體的重力豎直向下,重力可分解為兩個相互垂直的分力:壹個平行於斜面,另壹個則垂直於斜面。垂直於斜面的分力完全由斜面承擔,無需其他的力進行作用。也就是說,斜面能夠承擔物體壹部分重力,而且斜度越小,斜面所能承擔的物體重力越大。當斜面的斜度為零時,此時的斜面就變成了水平面,垂直於斜面的力會達到最大值,即等於物體的全部重力。當把物體從斜面底部向上推動時,***需要克服兩個力:壹個是平行於斜面向下的分力,另壹個是物體與斜面之間的摩擦力。這兩個作用力要比物體自身的重力要小,所以推動物體向上行進會比垂直擡動更為省力。
“S”形爬坡就是利用了斜面的特性,達到了省力的目的。但“S”形爬坡也有壹定的缺點,那就是費時和做功多。相比於直線爬坡,“S”形爬坡的路程變長了,在增速不多的情況下也就增加了爬坡的時間,同時又要克服摩擦力做功,因此爬坡所做的功也相應增加了。
日常生活中使用的許多工具如斧頭、小刀、螺絲、螺母,還有盤山公路等也都是利用了斜面省力的原理。