题目内容

16.小明同学在学习了圆周运动的知识后,设计了一个课题,名称为:快速测量自行车的骑行速度.他的设想是:通过计算踏脚板转动的角速度,推算自行车的骑行速度.经过骑行,他得到数据:脚踏板的转速为n r/s,又经测量得到大齿轮的半径为r1,小齿轮的半径为r2,后轮的半径为r3,图是自行车传动机构的示意图,其中Ⅰ是大齿轮,Ⅱ是小齿轮,Ⅲ是后轮.请用上述量推导出:
(1)后轮的角速度表达式;
(2)自行车前进速度的表达式.

分析 根据角速度ω=2πn即可计算角速度;踏脚板与牙盘共轴,所以角速度相等,飞轮与牙盘通过链条链接,所以线速度相等,求出飞轮的角速度ω′与牙盘角速度ω的关系,再由自行车后轮的半径R,根据v=Rω即可计算自行车骑行速度.

解答 解:(1)在时间t内踏脚板转动的圈数为N,所以转速$n=\frac{N}{t}$
根据角速度ω=2πn得:ω=$\frac{2πN}{t}$.
(2)根据v=ωr,飞轮的轮缘的线速度等于牙盘轮缘的线速度v=ωr1=$\frac{2πN}{t}$r1,
所以飞轮的角速度为ω2=$\frac{v}{{r}_{2}}$=$\frac{2πN{r}_{1}}{{r}_{2}t}$
自行车骑行速度等于后轮轮缘的线速度v=ω2R=$\frac{2πN{r}_{1}}{{r}_{2}t}$R
答:(1)后轮的角速度表达式$ω=\frac{2πN}{t}$;(2)自行车前进速度的表达式$v=\frac{{2πNR{r_1}}}{{{r_2}t}}$.

点评 解决本题的关键是要知道:若共轴,则角速度相等;若共线,则线速度相等,再根据v=Rω进行求解.

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