Vật lí 12 Giải mã cơ chế hoạt động của xe đạp

[Tên để làm gì]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

Welcome mọi người đã đến với topic "Cùng mình giải thích cách hoạt động của chiếc xe đạp" nhé ^^ ​

Như mọi người ai ai cũng biết được tầm quan trọng và sự phổ biến rộng rãi của xe đạp trong đời sống chúng ta. Mỗi người có thể sử dụng chiếc xe đạp của mình với một công dụng khác nhau, như: di chuyển, chuyên chở,... hay chỉ đơn thuần là đạp dạo chơi. Vì thế, việc tập đi xe đạp cũng từ lâu trở thành một bài học từ thời ấu thơ của chúng ta!
Có thể nói xe đạp chính là một trong những cỗ máy thành công nhất trong nền văn minh loài người khi có thể đáp ứng rất nhiều điều kiện cùng lúc (chức năng chính: di chuyển nhanh hơn, chức năng phụ: rèn luyện sức khỏe + bảo vệ môi trường)
Nhưng vì sao đi xe đạp trên hai chiếc bánh trông khó thế mà lại dễ nhỉ? Hay vì sao chúng ta dùng lực đạp lại giúp xe chuyển động tịnh tiến chứ không đi ngược lại? Và vô vàn câu chuyện kèm bé giải thích xinh xinh sẽ có ngay trong topic này nhé!

I. Câu chuyện thứ nhất: Làm quen
Có lẽ mọi người ai cũng biết rằng "Xe đạp được vận hành bằng cách chuyển năng lượng đạp của chúng ta xuống cho bánh xe". Vậy cụ thể đó năng lượng gì?
- Xe đạp đã chuyển loại năng lượng được tạo bởi chúng ta đạp thành một năng lượng mang tên "kinetic energy" (năng lượng động học: một loại năng lượng của một vật đang chuyển động không chỉ phụ thuộc vào chuyển động của nó mà còn phụ thuộc vào khối lượng). Còn về nguyên tắc truyền lực mình sẽ đề cập sau nhé
- Chúng ta đã nghe về "Định luật bảo toàn năng lượng" và vì thế năng lượng phải được chuyển đổi thôi nè.
- Khi hoạt động, năng lượng được chuyển đổi sau khi ta tác dụng lực vào, khiến xe đạp chuyển động. Một chiếc xe đạp có thể chuyển đổi đến tận 90% năng lượng và chuyển động của một người thành động năng. Chính năng lượng này giúp ta điều khiển được xe đạp.
- Ủa vậy có ai thắc mắc 10% nữa ở đâu hong? Mình tiếp tục nhé ^^

• Thứ nhất, chính là tên chuyên gia gây tổn hại năng lượng mang tên "lực ma sát", công mất ngay từ khi chúng ta dùng lực tác dụng lên bàn đạp rồi. Tên này có mặt ở mọi nơi, cả ngay khi bạn đang ngồi đọc những dòng này thì nó vẫn đang xuất hiện đấy, và nếu bạn có nhu cầu nghe mình vạch trần "lực ma sát" thì hãy nói nhé ^^
• Thứ hai là do chính trong bản chất cấu tạo của xe đạp (mình sẽ nêu cụ thể ở dưới hoặc trong những bài đăng tiếp theo dưới topic này). Khi một bánh xe nằm trên mặt đất chịu một tải trọng chẳng hạn như người lái xe đạp, lốp xe quấn quanh nó sẽ bị bẹp lên ở một số chỗ và phồng ra ở một số chỗ khác. Khi bạn đạp xe, các phần khác nhau của lốp xe lần lượt bị bí và phồng lên và cao su chúng được làm từ đó bị kéo và đẩy theo mọi hướng. Lặp đi lặp lại việc bóp lốp theo cách này giống như nhào bánh mì: nó tốn năng lượng — và năng lượng đó là cái mà chúng ta gọi là lực cản lăn. Bạn đặt lốp càng nhiều tải (càng nặng hoặc càng chở nhiều) thì lực cản lăn càng cao. Khoảng 80–90 phần trăm lực cản lăn là do bản thân lốp bị biến dạng.
• Phần còn lại đến từ lực cản không khí của lốp và cách nó trượt so với mặt đất.

Vậy trong một chiếc xe đạp có những hệ thống như nào giúp nó đạt được mục đích của nó?
Một chiếc xe đạp đơn thuần thời nay sẽ có 6 hệ thống chính:

1. Hệ thống truyền lực (*)
2. Hệ thống chuyển động (*)
3. Hệ thống lái
4. Hệ thống phanh
5. Khung chịu lực
6. Yên xe

(*): Mình sẽ tập trung giải thích hai phần này kĩ ở topic sắp tới vì nó quan trọng nhất. Những bộ phân khác quan trọng cũng sẽ được mình giải thích cách thức hoạt động
Tadaaa vậy là chúng mình xong quá trình làm quen rồi đấy, hôm sau sẽ là tập tiếp theo của topic nhó ^^
Nhưng chưa kết thúc đâu mà, ở lại với mình một chút là có quà. Nếu đôi khi bạn bị Mẹ giao việc đạp xa quá xa và chắc hẳn tổn nhiều năng lượng, vậy để mình bày một chút mưu giảm hao tổn năng lượng nhé!

Spoiler: Cách giảm hao tổn lực cản khi đạp xe

- Xe đạp chủ yếu hao tổn ở phần líp, xích, trục và vành xe vì vậy hãy tra dầu vào thường xuyên nhé
- Bơm lốp xe đúng mức sẽ giúp đạp nhẹ hơn nè (vì bề mặt tiếp xúc giảm và bánh xe được hoạt động đúng)
- Mặc đồ bó sát vào người giống những cua rơ (giảm lực cản từ không khí và gió)

(to be continued...)

Cảm ơn mọi người đã đón nhận topic mới này của mình, hãy chờ mình comeback nhé! Nhanh thôi nà hihi. À mn nhớ click the button "theo dõi chủ đề" để nhận thông báo ngay khi có bài mới nhé

 

[Tên để làm gì]

XIN CHÀO CẢ NHÀ, MÌNH QUAY TRỞ LẠI RỒI ĐÂY ​

Tuy khá muộn nhưng hi vọng cả nhà vẫn đang chờ đợi my latest chapter của chiếc topic bé bé xinh xinh này ^^ Hôm trước chúng mình đã cùng nhau làm quen một chiếc xe đạp thô sơ, vậy còn chần chờ gì mà không cùng mình thăm hỏi nhỉ

II. Câu chuyện thứ hai: Quan sát

Đã đến lúc mọi người cần phải dừng lại một chút trước chiếc xe đạp của mình và nhìn ngắm nó rồi. Liệu rằng với chiếc dây xích cũ kĩ kia, mình bỏ đi cho đẹp được hông ta? Hay mình bỗng nổi hứng muốn có một chiếc yên xe đạp mới, thì liệu có ảnh hưởng tới việc điều khiển chiếc xe cũ không?
Vậy là đã rõ, nhìn một thứ không bao giờ có thể đánh giá toàn diện, cần phải quan sát kĩ hơn thôi. Nào cùng mình điểm qua những bộ phận quan trọng của chiếc xe nhé.
1. Hệ thống truyền lực gồm: Bàn đạp (pê-đan) (1), đùi, trục giữa (2), đĩa (3), xích (4), líp (5).
Ở đây những bộ phận đều có sự liên kết mật thiết với nhau và mình sẽ nói cụ thể như sau:

• Líp xe đạp là bộ phận nhận truyền động từ xích và chuyển đến bánh sau của xe, làm bánh xe quay và chỉ quay theo chiều thuận. Nhờ có líp, người đi xe không cần đạp bàn đạp liên tục mà bánh xe vẫn chuyển động về phía trước theo quán tính.
  • Líp gồm hai bộ phận chính là: vành và cốt:
  • Vành líp (1) có răng ở phía ngoài và trong. Răng ngoài (*) để ăn khớp với xích, răng trong có dạng răng cưa nghiêng về một phía ăn khớp với cá líp (2) là một lưỡi thép nhỏ.
  • Cốt líp (3) có hai rãnh để đặt hai cá líp, trong mỗi rãnh có một lò xo nhỏ hoặc một cái lẫy làm bằng sợi thép nhỏ có tính đàn hồi (gọi là râu tôm) luôn tì vào cá. Cốt líp lắp chặt với moay-ơ bánh sau bằng ren. Bình thường, đầu nhọn của cá líp quay theo chiều thuận (chiều kim đồng hồ) nhờ bộ phận truyền động xích. Trong khi đó, lò xo đẩy cá líp lên làm răng trong vành líp mắc vào cá líp kéo cốt líp quay theo cùng chiều với vành của líp, làm bánh xe quay theo.
• Giải thích cách vận hành: Khi đang đi xe, nếu ta không đạp bàn đạp, vành líp không quay, theo quán tính bánh xe vẫn lăn về phía trước, cốt líp cùng cá líp quay theo chiều kim đồng hồ, khi quay cá líp trượt trên răng trong của vành líp, ép lò xo xuống, đồng thời phát ra tiếng kêu "tạch tạch".
  • Khi xe đang đứng yên, nếu ta quay đùi đĩa theo chiều ngược chiều kim đồng hồ làm răng trong trượt lên cá líp nên cốt líp không quay được, do đó bánh xe không quay. Bởi vậy líp được gọi là khớp quay một chiều.

(*) Vì răng bánh là một bộ phận rất đặc biệt và nằm trong 5 bộ phận "không thể thiếu" của một chiếc xe đạp nên mình sẽ giải thích thêm về cách nó làm việc:

+ Một chiếc xe đạp điển hình có từ ba đến ba mươi bánh răng khác nhau — bánh có răng, được liên kết bằng xích, giúp máy chạy nhanh hơn (đi thẳng) hoặc dễ đạp hơn (lên dốc). Các bánh răng trên xe đạp giúp tăng cường lực đạp của bạn và nó là một sự kết hợp hoàn hảo với bnaf đạp khi bạn lên dốc: bàn đạp được gắn chặt vào bánh răng chính bằng một cặp tay quay: hai cần gạt ngắn cũng phóng đại lực bạn có thể tác động bằng chân.

+ Bánh răng có thể tạo ra sự khác biệt đáng kinh ngạc cho tốc độ của bạn. Ví dụ: trên một chiếc xe đạp đua điển hình, tỷ số truyền (số răng trên bánh xe đạp chia cho số răng trên bánh xe sau) có thể bằng 5: 1 (**), vì vậy một vòng quay duy nhất của bàn đạp sẽ cung cấp năng lượng bạn khoảng 10m xuống phố. Giả sử bạn chỉ có thể di chuyển chân quá nhanh, bạn có thể thấy rằng bánh răng có hiệu quả khiến bạn đi nhanh hơn bằng cách giúp bạn đi xa hơn cho mỗi lượt của bàn đạp.​

(**) Mục này sẽ được mình giới thiệu cách tính toán kĩ hơn ở "next chapter" nhé ^^

2. Khung chịu lực
Đương nhiên chiếc xe đạp nào cũng có khung xe, và cũng như bánh răng xe đạp, khung chính là yếu tố "không thể thiếu" thứ hai được mình nhắc tới trong topic này!
Vậy khung xe hoạt động như thế nào? Chức năng của nó là gì nhỉ?

• Đặt vấn đề: Giả sử người lớn có trọng lượng 60–80kg, khung của một chiếc xe đạp phải khá cứng nếu nó không bị gãy hoặc bị vênh khi người lái leo lên xe. Vậy nhà sản xuất phải khắc phục như nào?
  • Xe đạp thông thường có khung được làm từ thép hình ống mạnh mẽ, rẻ tiền (nghĩa đen là các ống thép rỗng không chứa gì ngoài không khí) hoặc các hợp kim nhẹ hơn dựa trên thép hoặc nhôm. Xe đạp đua thường được làm từ vật liệu tổng hợp sợi carbon, đắt hơn nhưng bền hơn, nhẹ hơn và chống gỉ.
  • Lại là một câu hỏi cho bạn nào nhanh trí, ủa thế làm bằng nhôm chắc không xịn làm bằng thép đâu nhỉ? Thực tế cho thấy, đới với những vật liệu khác nhau, yếu tốc kích thước sẽ quyết định độ bền của khung xe: Mỗi chiếc xe đạp cần phải đủ mạnh để hỗ trợ trọng lượng của người lái và tải trọng mà nó có thể phải trải qua trong các loại xử lý khác nhau. Vì vậy, một chiếc xe đạp nhôm sẽ sử dụng ống có đường kính lớn hơn và / hoặc thành dày hơn một chiếc xe đạp làm từ ống thép.
• Nếu như bạn quan sát kĩ hơn cái khung xe của mình sẽ thấy được hai hình tam giác và những đường cong hoàn hảo. Cụ thể:
  • Thường là hai hình tam giác ghép lại với nhau để tạo thành khung hình thoi được thiết kế cẩn thận để phân phối trọng lượng của bạn. Mặc dù yên xe được đặt gần bánh sau hơn nhiều, bạn vẫn nghiêng người về phía trước để giữ ghi đông. Các thanh góc trong khung được thiết kế để chia đều trọng lượng của bạn nhiều hơn hoặc ít hơn giữa bánh trước và bánh sau. Nếu bạn nghĩ về nó, điều đó thực sự quan trọng. Nếu toàn bộ trọng lượng của bạn tác động lên bánh sau và bạn cố gắng đạp lên dốc, bạn sẽ nhón người về phía sau; tương tự, nếu bánh trước có quá nhiều trọng lượng, bạn sẽ vượt quá gót chân mỗi khi xuống dốc.
  • Khung không được thiết kế để cứng 100%: điều đó sẽ làm cho một chuyến đi ít thoải mái hơn nhiều. Hầu như tất cả các khung xe đạp đều uốn cong và uốn cong một chút để chúng hấp thụ một số cú sốc khi đi xe. Cũng cần nhớ rằng cơ thể con người tự nó là một hệ thống treo hiệu quả đáng kể; đi xe đạp leo núi dọc theo một con đường mòn, bạn sẽ nhanh chóng nhận ra cách cánh tay của bạn có thể hoạt động như bộ giảm xóc! Thật vậy, có thể khá dễ hiểu khi xem cơ thể như một phần mở rộng (hoặc phần bổ sung) của khung cơ bản của xe đạp, được cân bằng trên đó.

Quao, thật là bất ngờ phải hong nào? Khi chính bạn cũng là một bộ phận kết hợp hoàn hảo với chiếc khung xe đạp. Và topic hôm nay của chứng ta tới đây thôi nè. ỦA VẬY RỒI, hệ thống chuyển động của tụi tui đâu? Nếu mọi người hóng chờ như thế thì chờ tới "chapter" tới nhé, vì phần này rất dài và quan trọng nên mình sẽ dành hẳn một chap riêng cho bé nó nè ^^

Và chúng ta tới phần nhận quà cuối mỗi chap nào >< Đó là chúng mình cùng kể nhau nghe câu chuyện về "Sự ra đời của bánh răng xe đạp"

Spoiler: Để đọc "Sự ra đời của bánh răng xe đạp"

Xe đạp trước bánh răng: Những chiếc xe đạp đời đầu như thế này (được gọi là "Penny Farthings" hoặc "High Wheels") có bánh trước rất lớn, nhân tốc độ của bạn một cách hiệu quả và giúp bạn có thể đi rất nhanh trên đường thẳng. Không có bánh răng: bánh trước quay một vòng mỗi khi chân bạn đẩy lên và xuống trên tay quay (bàn đạp). Xuống dốc là khá khó khăn (trừ khi bạn rời chân khỏi tay quay) và lên dốc là khá nhiều bất khả thi! Chi tiết một bức tranh gốc, năm 1988, của Henry "Hy" Sandham, do Thư viện Quốc hội Hoa Kỳ cung cấp.


Trông thật phức tạp và nguy hiểm phải không nào? Vậy nên bánh răng của xe đạp là rất cần thiết và là một phát minh tuyệt vời đấy ^^

Cảm ơn mọi người đã đọc topic của mình ^^ Đương nhiên còn rất nhiều điều hay ho phía sau, hẹn gặp mọi người trong chap tiếp theo. Đừng quên click the button "Theo dõi chủ đề" để nhận thông báo ngay khi có bài mới nhé

Nguồn tham khảo: explainthatstuff!

 

[Elishuchi]

đĩa (3), xích (4), líp (5)

hiện nay có mẫu xe ko xích ko líp ko đĩa rồi á chị )

 

[Tên để làm gì]

hiện nay có mẫu xe ko xích ko líp ko đĩa rồi á chị )

Đầu tiên là cho chị cảm ơn em đã ủng hộ chiếc topic này của chị nha ^^
Chị có biết loại xe này nè, nhưng topic của chị đang nói về cơ chế của xe đạp thô sơ á em, nhằm mục đích cho mọi người biết bản chất + kiến thức cơ học.
Nếu như em muốn thì sau khi làm rõ vấn đề của chiếc xe đạp thô sơ chị sẽ tiếp tục bàn về các xe đạp loại đó nhé! Vì nó cũng áp dụng nhiều tính chất và công nghệ cao của môn Lí rất hay nè ^^

Em tham khảo thêm các tài liệu hay tại Thiên đường kiến thức nha.

 

[Tên để làm gì]

TIẾP TỤC CÙNG MÌNH ĐẾN VỚI SERIES "GIẢI MÃ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA XE ĐẠP" NÀO ​

Vậy là sau gần một tuần đi điều tra và ngắm nghía chiếc xe đạp yêu quý, mình đã chính thức trở lại để cùng mọi người đi đến một bước sâu hơn vào cơ chế thú vị này! Cùng mình đến với câu chuyện tuần này nhé ^^

III. Câu chuyện thứ ba: Điều tra
Sau khi đã được ngắm nghía chiếc xe đạp và phát hiện ra vài điều thú vị, sao không cùng mình bắt tay điều tra những bí ẩn cuối cùng nhỉ? Nào nào, đừng vội, hãy kiếm cho mình một chỗ ngồi thoải mái và tiếp tục cùng mình vén bức màn bí ẩn tiếp theo....

3. Hệ thống chuyển động
Như mình đã nói ở kì trước, đây có thể coi là hệ thống quan trọng và phức tạp nhất của một chiếc xe đạp thô sơ. Đây là bộ hệ thống gồm những phần:
Bánh xe (trước và sau) (6). Bánh xe gồm: trục, moay-ơ, nam hoa, vành, săm, lốp.

• Và cũng như hệ thống truyền lực chúng có sự liên kết với nhau, cụ thể:

- Trục được làm bằng thép, bánh xe quay trên trục thông qua ổ bi.
- Moay- ơ thường làm bằng thép, được liên kết với vành bánh xe bằng nan hoa.
- Nan hoa làm bằng thép.
- Vành bánh xe làm bằng hợp kim nhôm hoặc thép, có đường kính thông thường là 650mm.
- Săm, lốp được chế tạo từ cao su tổng hợp giúp tăng độ êm cho xe trong quá trình chuyển động.

• Hệ thống truyền lực và chuyển động có tác dụng truyền lực và truyền động. Khi chúng ta đạp bàn đạp, lực truyền qua đùi xe làm trục giữa quay, đĩa quay kéo xích chuyển động, xích kéo líp cùng bánh sau quay (bánh chủ động), khi bánh xe quay và lăn trên mặt đường làm cho xe chuyển động về phía trước. Nguyên tắc truyền động như sau: Lực từ chân người đạp -> bàn đạp -> đùi xe -> trục giữa -> đĩa -> xích -> líp -> bánh xe sau -> xe chuyển động.

​

• Chuyển động được truyền từ trục tới xích, líp nhờ sự ăn khớp giữa các mắt xích và răng trên đĩa, líp nên được gọi là truyền động xích. Vận tốc của xe đạp ngoài sự phụ thuộc vào tốc độ đạp của người đi xe còn phụ thuộc vào tỉ số truyền (*) của bộ truyền động xích.

(*) Tỉ số truyền được tính theo dựa trên các yếu tố sau:

​

​

Trong đó:
D1: đường kính của đĩa (mm)
Z1: số răng của đĩa
n1: tốc độ quay của đĩa (vòng/phút)
D2: đường kính của líp (mm)
Z2: số răng của líp
n2: tốc độ quay của líp (vòng/phút)​

Tốc độ quay của đĩa n1 phụ thuộc vào tốc độ đạp chân nhanh hay chậm của người đi xe. Tốc độ của xe phụ thuộc vào tốc độ quay của bánh xe sau (tốc độ quay của líp) n2. Như vậy, với một tốc độ quay n1 của đĩa, chúng ta có thể có nhiều tốc độ quay n2 của bánh xe khác nhau nhờ việc thay đổi đường kính D1 (thay đổi số răng Z1) hoặc D2 (thay đổi số răng Z2).

Mẹo thiết kế:
Tỉ số truyền i>1 nghĩa là: khi tốc độ quay của đĩa là n1 thì bánh xe quay nhanh hơn i lần (n2=i.n1). Tuy nhiên, nếu thiết kế tỉ số truyền càng lớn thì lực đạp lên bàn đạp càng lớn. Do vậy, tỉ số truyền không được quá lớn. Căn cứ vào tốc độ tối đa có thể đạt được của xe đạp mà người ta thiết kế tỉ số truyền sao cho phù hợp với mục đích sử dụng, ta có thể thấy rất rõ điều này trong các loại xe đạp địa hình.

Đó chính là những gì khái quát nhất của bộ chuyển động xe đạp, thế nhưng để làm được điều này, từng bộ phận còn phải ẩn giấu những bí mật gì chứ nhỉ? Và yếu tố thứ ba "không thể thiếu" đây rồi, còn ai khác ngoài "bánh xe" chứ ^^

4. Bánh xe đạp.
Ở đây bánh xe đạp có hai công dụng chính: giảm ma sát và cung cấp đòn bẩy

1. Thay vì chỉ đơn giản là trượt trên mặt đất, các bánh xe sẽ đào vào và quay, quay quanh các thanh cứng được gọi là trục. Điều đó có nghĩa là ma sát duy nhất mà động vật phải vượt qua là tại điểm mà bánh xe và trục gặp nhau - giữa bề mặt bên trong tương đối nhẵn của bánh xe và bề mặt bên ngoài nhẵn như nhau của trục mà chúng quay xung quanh. Rõ ràng, giữa một "ván tiếp xúc" sẽ sinh ra ma sát cả bề mặt + hệ số ma sát lớn hơn hai "bánh xe"
   
2. Bánh xe cung cấp đòn bẩy (nói cách khác, chúng là ví dụ về hệ số nhân lực hoặc máy móc đơn giản). Xe đẩy có bánh lớn hơn sẽ dễ đẩy hơn vì bánh xe có đường kính lớn hơn hoạt động giống như đòn bẩy lớn hơn, nhân lên lực kéo hoặc đẩy và giúp bánh xe quay quanh trục của chúng dễ dàng hơn — giống hệt như cách mà một cờ lê dài làm cho nó dễ dàng hơn để nới lỏng một đai ốc.

+ Bánh xe được quy về "cỗ máy đơn giản", nó sẽ nhân lực hoặc tốc độ tùy thuộc vào cách bạn quay nó. Bánh xe đạp thường có đường kính trên 50cm, cao hơn hầu hết các bánh xe ô tô. Bánh xe càng cao, chúng càng nhân với tốc độ của bạn khi bạn quay chúng ở trục. Đó là lý do tại sao xe đạp đua có bánh xe cao nhất (đường kính thường khoảng 70cm).
+ Các bánh xe cuối cùng hỗ trợ toàn bộ trọng lượng của bạn, nhưng theo một cách rất thú vị. Nếu bánh xe rắn chắc, chúng sẽ bị đè xuống (nén) khi bạn ngồi trên ghế và đẩy lùi lên để hỗ trợ bạn. Tuy nhiên, bánh xe của hầu hết các loại xe đạp thực sự được tạo thành từ một trục chắc chắn, một vành mỏng và khoảng 24 nan hoa có độ căng cao. Xe đạp có bánh xe có nan, thay vì bánh xe kim loại đặc, để vừa chắc, vừa nhẹ và giảm lực cản (một số tay đua sử dụng nan hoa phẳng "có cánh" hoặc nan hoa có hình bầu dục, thay vì những nan tròn truyền thống, để cố gắng cắt kéo nhiều hơn nữa).
+ Điều quan trọng không chỉ là số lượng nan hoa mà còn là cách chúng được kết nối giữa vành và trục của nó. Giống như những sợi mạng nhện, hay những sợi dây lủng lẳng của cầu treo, bánh xe đạp đang căng — các nan hoa bị kéo chặt. Vì các nan hoa đan chéo nhau từ vành sang phía đối diện của trục, bánh xe không bằng phẳng và mỏng manh như vẻ bề ngoài, mà thực sự là một cấu trúc ba chiều mạnh mẽ đáng kinh ngạc. Khi bạn ngồi trên một chiếc xe đạp, trọng lượng của bạn sẽ dồn xuống các thanh trục, làm căng một số nan hoa hơn một chút và một số nan hoa khác sẽ giảm đi một chút. Nếu bạn nặng 60kg, sẽ có khoảng 30kg đẩy xuống mỗi bánh xe (không bao gồm trọng lượng riêng của xe đạp) và nan hoa là thứ giúp bánh xe không bị vênh.

5. Lốp xe
Và đây điều cuối cùng mình sẽ trình bày trong cuộc điều tra ngày hôm nay, cũng chính là yếu tố "không thể thiếu" thứ tư của một chiếc xe đạp thô sơ mà chúng ta cần làm rõ.
Ma sát cũng phát huy tác dụng của bạn giữa lốp cao su và đường bạn đi: nó tạo cho bạn độ bám giúp bạn điều khiển xe dễ dàng hơn, đặc biệt là vào những ngày trời ẩm ướt.
Giống như lốp ô tô, lốp xe đạp không được làm bằng cao su đặc: chúng có một ống bên trong chứa đầy không khí nén (ép lại). Điều đó có nghĩa là chúng nhẹ hơn và có độ đàn hồi cao hơn, mang lại cho bạn một chuyến đi thoải mái hơn nhiều.
Các loại xe đạp khác nhau có các loại lốp khác nhau. Xe đạp đua có lốp trơn, hẹp được thiết kế để đạt tốc độ tối đa (mặc dù cấu hình "mỏng" giúp chúng có lực cản lăn cao hơn), trong khi xe đạp leo núi có lốp dày hơn, chắc chắn hơn với rãnh sâu hơn, nhiều cao su tiếp xúc với mặt đường và bám đường tốt hơn ( mặc dù rộng hơn chúng tạo ra nhiều lực cản không khí hơn).

Vậy là chúng mình đã đi qua được một quãng đường cùng chiếc xe đạp rồi đấy. Hôm sau sẽ là một chuyến đi kề cuối với một câu chuyện đoạn kết hấp dẫn kèm một "món quà" xịn nên mọi người chờ mình nhó.

Nào, cùng đến với một phần thưởng cuối mỗi chap nhé, hôm này mình sẽ nghe kể về quá trình ra đời của chiếc bánh xe đạp nhỉ?

Spoiler: Để đọc về "cha đẻ của bánh xe"

Không ai biết chính xác bánh xe được phát minh khi nào, ở đâu và như thế nào. Bánh xe của thợ gốm được cho là đã được sử dụng rộng rãi vào khoảng 7000 năm trước ở Mesopotamia (một khu vực thuộc Trung Đông hiện nay phần lớn do Iraq chiếm đóng): thật dễ dàng để tưởng tượng một người thợ gốm có thể nảy ra ý tưởng sau nhiều lần xoay một chiếc ghế đẩu để làm việc. một cái chậu từ các góc độ khác nhau. Chúng ta cũng không biết bánh xe của người thợ gốm được phát minh ra khi nào, nhưng một số nhà sử học tin rằng nó có thể có niên đại từ năm 8000 TCN. Ở dạng ban đầu, nó không hơn gì một bàn xoay hoặc "tournette" được gắn trên một giá đỡ trung tâm.

Có lẽ ai đó cuối cùng đã xoay bánh xe của người thợ gốm 90 độ để tạo ra một loại phương tiện giao thông mới, hoặc có lẽ bánh xe đã được phát minh lại hoàn toàn cho mục đích mới này, nhưng 1000–1500 năm nữa đã trôi qua trước khi bánh xe lần đầu tiên được sử dụng trên xe đẩy. Rất có thể, một người nào đó sử dụng thân cây làm con lăn nhận ra rằng công việc của họ sẽ dễ dàng hơn nếu bằng cách nào đó, các khúc gỗ có thể được cố định ở vị trí bên dưới tải, được cắt lát như xúc xích Ý để chúng dễ dàng vượt qua và xung quanh chướng ngại vật hơn. Một ý tưởng hiệu quả như vậy chắc chắn sẽ được lan truyền rộng rãi và bánh xe đã đến được châu Âu và châu Á trong suốt thiên niên kỷ sau đó.

Tinh ting, thế là chiếc chuông cửa đã reo, báo hiệu những giây phút của cuộc điều tra dần đi đến hồi kết, hẹn gặp mọi người cùng giải mã vào tuần sau nhé ^^
Cảm ơn mọi người đã đón đọc topic của mình. Chúng ta vẫn còn hẹn vào tuần sau với một "món quà" đó! Đừng quên click the button "theo dõi chủ đề" để nhận ngay thông báo sớm nhất cho the next chapter nhooooo

Nguồn tham khảo: explainthatstuff! & wikipedia

​

 

[Tên để làm gì]

Chao xìn cả nhà, tớ lại ngoi lên rồi đây này ​

Helu mọi người nhó, vì tuần vừa rồi xảy ra nhiều sự kiện đặc biệt trong đời quá nên giờ mình mới đủ sức ngoi lên với chiếc topic iu dấu. Hi vọng mọi người vẫn còn đó và chờ đợi vì chiếc chapter lần này.... không còn là một chiếc chapter đơn sơ và "lý thuyết" nữa. Đây chính là nơi dành cho những bạn ưa thích thực hành và "show off" khả năng tính toán đâyyyyy

IV. Câu chuyện thứ tư: Thử thách

Thoi nào, có gì căng đâu chứ? Mình tin là mọi người sẽ nhanh chóng vượt qua thử thách này thôi... còn nếu không thì phanh gấp, dừng lại một chút, chậm rãi suy nghĩ rồi tiếp tục giải cùng tớ nhé ^^ Cơ mà tớ vừa bảo gì thế nhỉ? "Phanh" ư? Xe đạp chắc chắn là không thể thiếu bộ phận "phanh xe" rồi. Nhưng tiếc thế, tớ chỉ spoil nhẹ thôi, còn phần hấp dẫn này thì hẹn mọi người vào hôm sau nhoooo ~~

Rồi vào bài thôi!!!
Bài 1: Giải thích tại sao người ta chế tạo đĩa xích to hơn líp?

Nào nào bạn định lướt qua? Vì trông nó dễ dàng? Thử trả lời tớ xem nào, để tớ còn biết liệu bạn có thật sự chắc chắn đúng không chứ nhỉ?

Bài 2: Đĩa xích của xe đạp có 50 răng, đĩa líp có 20 răng. Tính tỉ số truyền i và cho biết chi tiết nào quay nhanh hơn?

Này một chút test công thức thôi mà bạn ơi ^^ Thử đi nào... vì biết đâu nó lại cần thiết đấy.

Bài 3: Và cực phẩm của chúng ta đây rồi, bài toán "Bánh xe phát động"
Một chiếc xe đạp đang chuyển động trên đường nằm ngang, các bánh xe lăn không trượt, khối lượng cả người và xe là M. Mỗi bánh xe có bán kính R, momen quán tính là I. Khôi tâm của hệ (xe + người) ở độ cao H=R, so với mặt đường và cách đều hai trục bánh xe một khoảng L=2R. Hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường là [tex]\mu[/tex] (trượt và nghỉ).
Giả sử người đi xe đạp tác dụng vào bánh xe sau một momen lực là T và xe đang tăng tốc.
a) Vẽ giản đồ vecto lực người và xe (mọi người có thể lấy hình này và vẽ lực vào)

​

b) Tìm gia tốc a của xe
c) Tìm các phản lực mặt đường tác dụng lên 2 bánh

Vậy là một chút thử thách cuối tuần của mọi người và chiếc xe đạp tới đây thôi nhé ^^ Hi vọng sẽ sớm nhận được những câu trả lời thú vị từ cả nhà Nhưng dù sao đây vẫn chưa là chiếc post cuối cùng của topic này, nên mình chỉ chào và hẹn gặp lại thôi hihi. Mọi người nhớ click the button "theo dõi chủ đề" để nhận ngay thông báo về "the next chapter" nhanh nhất nhé!

Thử một chút ủng hộ em/mình/chị nhé mọi người @Xuân Hiếu hust @No Name :D @trà nguyễn hữu nghĩa @Trương Văn Trường Vũ

​

 

[Rau muống xào]

1) chắc là to để nhiều bánh răng hơn, tỉ số truyền tốc càng lớn, đi cho dễ vs nhanh hơn phải hông ?

 

[Elishuchi]

Bài 1: Giải thích tại sao người ta chế tạo đĩa xích to hơn líp?

cái này thì đi xe tăng xích thực tế sẽ nhận ra đĩa xích càng nhỏ đạp phải càng nhiều nên dễ dẫn đến mỏi chân hơn đạp ít mà dùng sức nhỉ

 

[Tên để làm gì]

1) chắc là to để nhiều bánh răng hơn, tỉ số truyền tốc càng lớn, đi cho dễ vs nhanh hơn phải hông ?

hì, đó cũng là một phần của đáp án đấy chứ ^^
Gợi ý thêm nè: bánh to bánh nhỏ khi xoay cùng một vòng thì quãng đường vạch ra sẽ sao nhỉ?

cái này thì đi xe tăng xích thực tế sẽ nhận ra đĩa xích càng nhỏ đạp phải càng nhiều nên dễ dẫn đến mỏi chân hơn đạp ít mà dùng sức nhỉ

Câu trả lời thú vị đấy e mình vậy em nghĩ sao về hai câu còn lại nè?

 

[Rau muống xào]

2)[tex]i=\frac{50}{20}=5/2[/tex]
cái ít bánh răng nhanh hơn vì ít bánh quá nên mau ăn hết

 

[Tên để làm gì]

2)[tex]i=\frac{50}{20}=5/2[/tex]
cái ít bánh răng nhanh hơn vì ít bánh quá nên mau ăn hết

câu trả lời đúng rồi này ^^ Cụ thể hơn thì nó sẽ nhanh hơn 2,5 lần nhé.

Bài 3: Và cực phẩm của chúng ta đây rồi, bài toán "Bánh xe phát động"
Một chiếc xe đạp đang chuyển động trên đường nằm ngang, các bánh xe lăn không trượt, khối lượng cả người và xe là M. Mỗi bánh xe có bán kính R, momen quán tính là I. Khôi tâm của hệ (xe + người) ở độ cao H=R, so với mặt đường và cách đều hai trục bánh xe một khoảng L=2R. Hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường là μμ\mu (trượt và nghỉ).
Giả sử người đi xe đạp tác dụng vào bánh xe sau một momen lực là T và xe đang tăng tốc.

Thế còn bài toán "Bánh xe phát động" này thì sao nhỉ? Bạn có ý tưởng gì hong nè

 

[Tên để làm gì]

LẦN COMEBACK CUỐI CÙNG CỦA TỚ RỒI NÈEEE ​

Sozi mọi người vì đã dùng cái màu chói thế này, nhưng mà vì tớ thích màu zàng tươi sáng hihi. Btw thì đây có thể là chap cuối của Topic dài hơi "GIẢI MÃ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA XE ĐẠP" nên nếu các bạn muốn gặp lại mình thì hẹn mọi người tại chiếc Series mới mở về Tom & Jerry
nha ^^

Okay, so let's get started bằng việc làm rõ những bài toán của tuần trước nhỉ ^^

Bài 1: Giải thích tại sao người ta chế tạo đĩa xích to hơn líp?

Lời giải:

• 
  
  
  • Đĩa của xích to hơn líp hay đường kính của đĩa lớn hơn đường kính của líp , như vậy khi bạn đạp 01 vòng của đĩa thì líp quay nhiều vòng hơn và bánh xe quay cũng nhiều vòng kết quả được đoạn đường xa hơn.
  • Nếu kích thước đĩa và líp bằng nhau thì khi bạn 01 vòng đĩa thì bành xe cũng chỉ quay được 01 vòng.
  • Tuy nhiên tỷ lệ đường kính đĩa và líp phải được các kỹ sư cơ khí tính toán sao cho bảo đảm được an toàn năng lượng nghĩa là hiệu quả của 01 công tạo ra là lớn nhất.
  • Nếu đĩa ( đĩa dẫn) có răng Z1 quay với tốc độ n1 ( vòng/phút), líp ( đĩa bị dẫn) có số răng Z2 quay với tốc độ n2 (vòng/phút) thì tỉ số truyền:

[tex]i = \frac{n_{2}}{n_{1}} = \frac{Z_{1}}{Z_{2}}[/tex]
hay: [tex]n_{2} = n_{1} .\frac{Z_{1}}{Z_{2}}[/tex]​

• 
  
  
  • Từ hệ thức trên ta thấy líp có số răng ít hơn sẽ quay nhiều vòng hơn

Bài 2: Đĩa xích của xe đạp có 50 răng, đĩa líp có 20 răng. Tính tỉ số truyền i và cho biết chi tiết nào quay nhanh hơn?

Lời giải:
Tỉ số truyền được tính: [tex]i = \frac{n_{2}}{n_{1}} = \frac{Z_{1}}{Z_{2}}[/tex] = 2,5

Bài 3: Và cực phẩm của chúng ta đây rồi, bài toán "Bánh xe phát động"
Một chiếc xe đạp đang chuyển động trên đường nằm ngang, các bánh xe lăn không trượt, khối lượng cả người và xe là M. Mỗi bánh xe có bán kính R, momen quán tính là I. Khôi tâm của hệ (xe + người) ở độ cao H=R, so với mặt đường và cách đều hai trục bánh xe một khoảng L=2R. Hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường là μμ\mu (trượt và nghỉ).
Giả sử người đi xe đạp tác dụng vào bánh xe sau một momen lực là T và xe đang tăng tốc.
a) Vẽ giản đồ vecto lực người và xe (mọi người có thể lấy hình này và vẽ lực vào)

​

b) Tìm gia tốc a của xe
c) Tìm các phản lực mặt đường tác dụng lên 2 bánh

Và cuối cùng cũng tới bài toán kinh điển "Bánh xe phát động" rồi đây ^^

a) Đây là hình vẽ biểu thị lực tác dụng lên hai bánh xe, các bạn tham khảo nhé ^^

​

Cơ chế chuyển động của xe đạp:
Người đi xe tạo một momen lực được truyền về bánh sau. Khi bánh sau nhận được momen lực T, dưới tác dụng này -> bánh xe quay có xu hướng làm cho bánh xe bị trượt về phía sau, muốn cho không trượt về phía sau thì mặt đường phải tác dụng lực ma sát làm xuất hiện tâm quay tức thời. Làm cho trục bánh xe sau chuyển dộng về phía trước và vì vậy chính lực ma sát này là lực phát động.

Khi bánh xe 1 tiến lên phía trước thì nó đẩy bánh trước đi, do lực của khung xe tác dụng vào trục xe chỉ khiến cho bánh trước chuyển động tịnh tiến. Khi chuyển động tịnh tiến thì điểm tiếp xúc có xu hướng tiến về phía trước, mặt đường lại tác dụng vào bánh 2 lực ma sát (đóng vai trò lực cản). Và nhờ lực cản này, gây cho bánh xe một tần số góc để quay ( độ lớn [tex]\omega[/tex] )

b) Từ đồ thị biểu diễn lực ở trên: [tex]\vec{F_{21}}[/tex] và [tex]\vec{F_{12}}[/tex] bị loại bằng phương trình momen lực đối với trục xe.

Theo định luật II Niuton:
Đối với M: [tex]F_{ms_{1}} - F_{ms_{2}} = M.a[/tex]
Đối với bánh xe 1: [tex]T - F_{ms_{1}}.R = I.\gamma _{1}[/tex]
Đối với bánh xe 2: [tex]F_{ms_{2}}.R = I.\gamma _{2}[/tex]
Vì bánh xe lăn không trượt nên: [tex]a = R.\gamma _{1} = R.\gamma _{2}[/tex]
=> [tex]a = \frac{T}{\frac{2I}{R}+M.R}[/tex]

c) Xét trục Oy: [tex]N_{1} + N_{2} = M.g[/tex] (1)
Xét trục quay tại khối tâm G:
[tex]N_{1}.2R + F_{ms_{2}}.R - N_{2}.2R - F_{ms_{1}}.R = 0[/tex]
<=> [tex]N_{1} - N_{2} = \frac{F_{ms_{1}-F_{ms_{2}}}}{2}[/tex] (2)

Từ (1),(2):
[tex]N_{1} = \frac{M}{2}.(g + \frac{T}{2.(\frac{2I}{R}+ M.R)})[/tex]
[tex]N_{2} = \frac{M}{2}.(g - \frac{T}{2.(\frac{2I}{R}+ M.R)})[/tex]

Tadaaaa, vậy là xong rồi ^^ Hi vọng qua 3 bài tập trên mọi người đã có những cái nhìn sâu hơn về thực tế và lý thuyết của vật lý trong việc chế tạo/giải thích xe đạp.
Có bất kì thắc mắc nào thì mọi người cứ đặt câu hỏi ở dưới nha

Btw, thì hihi đây vẫn chưa là chap cuối đâu!! Mình vẫn còn nợ mọi người một phần quan trọng đấy. Vậy nên mọi người nhớ click the button "Theo dõi chủ đề" để nhận thông báo mới nhất cho "the next chapter" nhoooo. See u

 

[Tên để làm gì]

I'VE JUST RETURN GUYS!!! TỚ ĐÂY RỒI NÈEE ​

Một tuần mới lại sắp kết thúc và tớ lại tiếp tục quay trở lại để thông báo rằng: Đây là chapter cuối cùng của chiếc Topic nhỏ này rùi....
Nhưng không sao, chúng ta vẫn còn gặp nhau ở rất nhiều topic khác, mọi người nhớ ủng hộ mình và team Lý nhaaaa

Well, thì ở phần cuối của cuộc giải mã chúng ta đã dừng lại ở Lốp xe - phần "không thể thiếu" thứ tư của một chiếc xe đạp cơ bản. Vậy thì ở lần ngoi lên cuối cùng này tớ phải trả nợ cho các bạn phần còn lại thôi. Đó chính là phanh xe đạp, phần "không thể thiếu" thứ năm đấy!

V. Câu chuyện thứ năm: Kết thúc
Dù cho bạn có chạy nhanh đến đâu thì cũng đến lúc bạn cũng phải dừng lại chứ đúng không nhỉ ^^ Vậy thì với một chiếc xe đạp, một phương tiện gần gũi và dễ dàng trong việc di chuyển, việc có phanh là một điều tất yếu. Thế nhưng phanh xe hoạt động như thế nào? Muốn biết ư? Đọc ngay thôi nàoo

6. Phanh xe
Hmm, thú thật thì ở phần đầu chúng ta đã nói xấu "lực ma sát" đấy, thế nhưng chúng ta có thể sống mà thiếu nó sao? Và vì tính chất cản sự chuyển động của vật thể, phanh xe cũng dựa vào lực ma sát (giải thích: lực cọ xát giữa hai vật trượt qua nhau khi chúng chạm nhau). Ngoài ra có một số xe đạp hiện nay có phanh đĩa (tương tự như xe số), với đĩa phanh riêng gắn vào bánh xe, nhưng nhiều xe vẫn sử dụng phanh vành đai hoạt động bằng caliper truyền thống với đôi giày. (mình sẽ nói ở dưới)

Khi bạn nhấn cần phanh, một đôi giày cao su (đôi khi được gọi là khối) sẽ kẹp vào vành trong bằng kim loại của bánh trước và sau. Khi giày phanh cọ xát chặt vào bánh xe, chúng biến động năng của bạn (năng lượng bạn có do bạn đang di chuyển) thành nhiệt — có tác dụng làm bạn giảm tốc độ.

Sơ lược là thế, nhưng giờ xét kĩ thì chúng ta cần phải quay lại nói chuyện với anh bạn "kinetic energy" (hoặc có thể hiểu là động năng) nha. Động năng đơn giản là năng lượng mà một vật sở hữu vì nó có cả khối lượng và vận tốc (tốc độ theo một hướng nhất định). Bạn càng có nhiều khối lượng (hiệu quả là bạn càng nặng) và bạn đi càng nhanh thì bạn càng có nhiều động năng hơn.

Nếu bạn đi xe đạp, bạn biết tất cả về phanh. Nếu muốn dừng đột ngột, bạn bóp cần phanh trên ghi đông. Các dây cáp kim loại mỏng chạy tới bánh sau và bánh trước kéo theo các thước kẹp nhỏ, buộc các khối cao su dày ép vào bánh xe. Khi chúng làm như vậy, ma sát giữa các khối và vành bánh xe kim loại tạo ra nhiệt, làm giảm động năng của bạn và đưa bạn đến điểm dừng an toàn.

Vậy phanh xe làm từ cái gì?

• Một chiếc xe đang tăng tốc có rất nhiều năng lượng và khi bạn dừng lại, hầu như tất cả năng lượng sẽ được chuyển hóa thành nhiệt trong má phanh. Đó là lý do tại sao má phanh phải được làm bằng vật liệu không bị nóng chảy, chẳng hạn như hợp kim, gốm sứ hoặc vật liệu tổng hợp dựa trên carbon. Amiăng từng là một lựa chọn phổ biến cho má phanh (và các bộ phận khác của xe hơi như ly hợp và hộp số), nhưng không còn được sử dụng do rủi ro về an toàn của nó. Dù chúng được làm từ gì, hệ thống phanh sẽ dần mòn theo thời gian; bụi mịn ("hạt") từ phanh phân hủy hiện được công nhận là một nguồn ô nhiễm không khí đáng kể.

• Với tốc độ chậm hơn và nhẹ hơn, xe đạp không tạo ra bất cứ thứ gì giống như động năng như ô tô, vì vậy phanh của chúng không bị nóng hoặc phải tiêu tán bất cứ thứ gì giống như năng lượng. (Nếu bạn lấy công thức cho động năng, ½mv2 và cắm vào các số điển hình cho một chiếc Porsche 911, bạn sẽ thấy nó có năng lượng khoảng 2 megajoules ở tốc độ tối đa; một tay đua xe đạp đạp bằng phẳng sẽ có nhiều hơn là 12 kilojoules, hoặc ít hơn khoảng 170 lần.) Các khối phanh caliper kiểu truyền thống trên xe đạp thường được làm từ các hợp chất cao su ép vào vành bánh xe bằng kim loại (hoặc sợi carbon). Phanh đĩa xe đạp có xu hướng có đĩa thép không gỉ dày khoảng 4-5mm (kim loại nhẹ như nhôm và titan cũng được sử dụng); các khối phanh ép vào chúng được làm từ hợp chất cao su hoặc vật liệu gốc carbon như Kevlar.

Và giờ là Caliper cho các bạn dễ hình dung:
Hãy tưởng tượng bạn cần một lực bao nhiêu để dừng một chiếc ô tô đang chuyển động nhanh. Chỉ cần nhấn bằng chân sẽ không tạo ra đủ lực để tác động cả bốn phanh đủ mạnh để đưa bạn nhanh chóng dừng lại. Đó là lý do tại sao phanh sử dụng thủy lực: một hệ thống ống chứa đầy chất lỏng có thể nhân lên và truyền lực dễ dàng từ nơi này sang nơi khác.

​

Khi bạn nhấn bàn đạp phanh, chân của bạn di chuyển một đòn bẩy để ép một pít-tông vào một hình trụ dài và hẹp chứa đầy chất lỏng thủy lực. Khi piston lao vào xi lanh, nó phun chất lỏng thủy lực ra ngoài qua một đường ống dài và hẹp ở cuối (giống như phun một ống tiêm). Đường ống hẹp dẫn vào các xi-lanh rộng hơn nhiều đặt bên cạnh bốn phanh của xe. Bởi vì các xi lanh gần phanh rộng hơn nhiều so với xi lanh gần bàn đạp phanh, lực bạn tác dụng ban đầu sẽ được nhân lên rất nhiều, kẹp chặt phanh vào bánh xe.

Vậy là chúng mình đã điểm qua những phần quan trọng và đáng nói về phanh xe đạp giờ thì chúng mình cũng phải phanh lại và chào tạm biệt nhau thôi nhỉ ^^ Bất cứ thắc mắc nào về vấn đề liên quan hãy nói cho mình biết nhé! Nếu các bạn muốn mình "giải mã" thêm gì khác thì hãy cho mình biết nhaaaa

Nguồn tham khảo: explainthatstuff!!

Chúc mọi người có một buổi tối cuối tuần vui vẻ!!! And see you later