自行车学潜水

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科普童话·百科探秘
2019年05月21日 17:36

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汽车一下水都会“灭火”,自行车能行吗?

“请注意,汽车那么重,我这么轻;汽车需要发动机,我可不用。而且,我全身都是空心的钢管,怎么就不能到水里走一圈?”

就这样,自行车一咬牙一闭眼,下水啦——走起!

★咦,轮子为啥罢工了?★

自行车在陆地上行驶时,是依靠轮轴带动后轮产生向前的摩擦力,来克服前轮受到的向后的摩擦阻力,从而两个轮子一起转动,向前行进。而当自行车悬浮于水中时,车轮浮在水里,根本就不着地!当然也没有摩擦力来帮助车轮转动了。

问题1:自行车是怎样悬浮在水里的?

虽然自行车浑身都是空心钢管,但要在水中悬浮,自身产生的浮力远远不够。所以必须加以改进。方法包括下面几步:

①先用热熔胶对车体上所有可能进水的部位进行封闭,以降低车体的密度,使其浮力最大化。

②加装轻型泡沫材料制作成的浮子,可以通过增减浮子来调节浮力的大小,还可以通过调节浮子所在的位置来调整车体在水中的姿态。

③不要忘了,水下的自行车上还坐着一个人呢!潜水时,人体可以通过调节呼吸频率和深浅来调整自身的浮力。

在水下,自行车在前行过程中,氧气的消耗会导致重量减少,但同时浮子、潜水服吸水又会导致重量增加。因此浮力和重力都处在不断的动态变化之中。这时,骑车人可以通过充放潜水设备上的气罐,来调整浮力,以达到平衡状态。

★嗯,人怎么没有坐在车上?★

“喂喂喂,你的屁股都没挨到车座子,怎么骑车啊?”自行车觉得好奇怪。其实在水中,人和车体都是悬浮的,需要保持一个适当的重心位置,否则就会失去平衡。如果人真的坐在车座上,重心就会靠后,使得车子的前轮上扬甚至倒翻过来。所以骑车人必须离开座位,将身体靠前,才能保持水平状态。

★在水下怎么骑车?★

在水下时,自行车和上面的人都处于失重状态。这时人用脚蹬踏板,不但使不上劲儿,而且还会使得人从车上“漂走”。所以需要在脚蹬子上加装固定装置,把人体和车体固定在一起,这样才能实现在水中骑车。

★唉,怎么走得这么慢?★

“我游、我游、我……”哎,费了半天劲,自行车感到自己好像根本没动地方。在40米长的泳池中“游”了两个来回,差点花了一个小时!“我怎么走得这么慢呀?”

原因一,是水的阻力远比空气要大,人和车在水里确实“寸步难行”。原因二就是——这个螺旋桨太小了!在水里,人踩脚踏板能产生的动力是有限的,所以必须采用叶片宽大、能推开更多水的螺旋桨,才能产生巨大的推力。而且两枚叶片的方向必须相反。否则,自行车在水下就只能当“蜗牛”啦。

“看来,就算我能下水,也没什么用啊!”自行车彻底服气了,“没有了跟大地的摩擦力,原来这么困难!那我还是当一辆脚踏实地的自行车吧!”

★那,车子怎么动起来?★

前面说过,自行车在陆地上行驶时,通过骑车人踩踏脚蹬,来带动自行车的中轴转动,进而通过链条带动后轮转动,借助与地面产生的摩擦力,使自行车前行。“现在两个轮子都悬空了,那该怎么走呀?”

“别急,我们给你安个螺旋桨,你就能走啦!”原来在水中,骑车人要通过踩踏腳蹬,带动自行车的中轴转动,然后通过链条带动后轴转动,后轴再带动螺旋桨转动,螺旋桨向后排水产生推力,才能驱动自行车前行。

问题2:螺旋桨如何在水下推动自行车?

螺旋桨的原理很简单。它的每一个叶片在旋转时,周围的空气或水就会对叶片产生压力。而由于受力角度不同,所以叶片两侧受到的压力大小不同。这样,叶片上就产生了一个向前的推力。

自行车要在水里前进,也必须借助螺旋桨。但要注意安装的位置和方向。保证螺旋桨旋转起来之后,只产生向前的推力,避免做无用功。

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自行车 螺旋桨 浮力
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