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2023年12月12日发(作者:弘农氏)

自行车轮胎多长时间需更换

北京十二中 高一(1)班 董燕春 段未 指导老师:李振雷

背景:现在不少同学都骑车上学,很多同学都有过这样的经历:在雨雪天气等情况下,路面湿滑,自行车不好控制,车胎打滑,刹车滑行距离比平常远,很容易发生危险,而刚买不久的自行车很少出现这种问题。这是因为自行车用了很长时间后,轮胎上的花纹磨掉了不少,使得轮胎的抓地力和排水性能下降,当遇到特殊的天气,路面的性质条件改变了,增加了一层“润滑剂”——水、冰等,骑得较快时,轮胎不能及时排水,使得自行车轮胎与路面间隔着一层水膜,从而导致轮胎容易打滑。平常同学们不太注意轮胎的问题,总是等到外胎磨损得已经开裂再更换,这中间的安全隐患不容我们忽视

问题:为了避免出现危险,多长时间应该更换轮胎?

研究内容及方法:一、轮胎花纹的深浅对其抓地力和排水性能的影响

方法:等效代替 控制变量

二、轮胎磨损速度与其行驶路程间的关系

方法:上网查资料 实际测量

涉及的主要因素及假设:

1.使用环境:城市公路。

2.轮胎损耗的原因:滚动摩擦,且仅与行驶公里数有关。

3.轮胎的材料性质及大小:普通26车黑色橡胶轮胎。

4.载重:60千克。

5.必须更换的界限:轮胎在潮湿路面上的抓地力和排水性能出现明显下降。

6.轮胎表面花纹形状:“人”字型(比较容易操作)。

7.前后轮磨损速度是否相同:相同。

模型组建和分析:

一、轮胎花纹的深浅对其抓地力和排水性能的影响

首先,我们研究了这个问题,发现这个问题很难操作,原因在于这个问题必须通过实验来解决,而我们没有实验相关的环境和设备(比如必须准备多条轮胎,每条轮胎花纹必须相同且深浅相隔0.02 cm,开始实验后路面状况,骑车的速度和刹车的力度必须相同等),所以必须考虑用一个类似的模型替代。我们决定用四驱车(一种玩具车)的前轮轮胎代替。因为二者的外观大致成比例,研究的内容主要与花纹深浅有关,只要了解了四驱车轮胎花纹深浅与轮胎抓地力和排水性能的关系后,得到一个必须更换的深度根据比例放大,再除以正常情况下自行车行驶的磨损速度即可。这样做实验环境和设备方便控制(四驱车胎表面光滑较软,可以根据需要进行雕刻花纹和控制深浅)。

实验的大致过程:首先用纸盒做一个斜坡,坡高为5.5cm,坡角为20゜,再向光滑地板上洒水,并用湿抹布抹匀,将两个四驱车轮毂(套有未雕刻的轮胎)用一横杆连接,在斜面上某一确定高度滚下,记录其从斜坡底端至滚动停止的滚动距离,反复实验3次,取3次的平均值。然后用刻刀按花纹形状刮去表皮(平削),估测为0.02cm,重复上述实验,其他条件均不变„共雕刻5次,数据如下:

花纹深浅h(cm)

滚动距离s(cm)

0

225

0.02

223

0.05

186

0.1

178

0.15

175

画出图像

轮胎花纹的深浅对其抓地力和排水性能的影响250滚动距离s(cm)20.050.10.150.2花纹深浅d(cm)滚动距离s(cm)

由图像可知,四驱车轮胎的花纹深浅在0~0.02cm范围内对其抓地力和排水性能影响不大,较差;0.02~0.05cm范围内对其抓地力和排水性能有较大程度的影响,随着花纹变深性能急剧增强;0.05~0.15cm对其抓地力和排水性能影响不大,可见花纹不是越深越好,太深还容易爆胎(硬度不够)。取0.02~0.05cm的中间值0.035cm为轮胎必须更换时花纹的磨损最小值。

二、轮胎磨损速度与其行驶路程间的关系

根据实际测量和上网查资料得:26自行车轮胎(外胎)与地面接触的宽度约为2.5cm,直径为66cm。胎纹的磨损速度约为0.09cm/4000 km

(/news/detail/)

又知新车轮胎(外胎)厚度为0.8 cm, 花纹深浅约为0.2 cm ,四驱车轮胎厚度为0.3cm,与地面接触宽度约为0.9cm,所以自行车花纹磨损最小值为0.8÷0.3×0.035=0.093cm,磨损的深度约为0.2-0.093=0.107cm,由此得出每天骑车路程与更换轮胎时间的函数关系式(每天骑车路程为自变量,换胎时间为因变量):

y=4756/x

骑车路程x(km)

1

2

3

4

10

29

58

换胎时间y(天)

4756

2378

1585

1189

476

164

82

画出图象

骑车路程与换胎时间的关系5000换胎时间y(天)4000002040骑车路程x(km)6080换胎时间y(天)

我每天上下学骑车路程约为12 km,所以我应该4756÷12=396天换一次轮胎。

总结:这篇论文提醒我们要注意自己自行车轮胎胎纹的磨损程度。由于胎纹深度很难测量,一般人是不会先去量胎纹的深度再决定是否换车胎的,所以我们给出了上面的函数关系式。同学们可以估测出每天上下学的路程代入上式中,就可以求出自己应该多长时间换外胎。如果经常骑自行车的话最好1年~1年半换一次轮胎,以免出现交通事故。同时我们也要爱护自己的自行车,尽量不走崎岖不平的道路,延长车胎的使用寿命。

合作经历:段未负责做实验,我负责数据处理和撰写论文。


本文标签: 轮胎花纹自行车