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腳踏車
bicycle
腳踏車的定義
•自行車，也稱腳踏車或單車，臺灣話另稱孔明
車或鐵馬，是常見的小型二輪陸上車輛，一般
以人騎上腳踩踏板而驅動。
•英文bicycle的bi-是指二，而cycle是指輪子。
•在中國大陸、臺灣、澳門和新加坡，通常稱為
「自行車」或「腳踏車」，在香港和澳門則通
常稱為「單車」。
腳踏車與中國古代的相關科技
•我國在東漢時代已利用齒輪製作獸力龍骨水
車，可以抽水灌溉，是目前我國已知最早的
齒輪運用。
•漢代使用的紡紗車有直徑很大的紡輪，轉動
紡輪利用繩圈將動力傳至直徑很小的圓軸，
可以快速的將一大綑紗線繞在圓軸上。
我國什麼時候已經使用輪軸、齒輪和鏈條
這樣的機械呢？
明代古書記載，東漢
製作在山西出土的獸
力龍骨水車可以抽水
灌溉，所以在東漢就
有齒輪組。
▲獸力龍骨水車
獸力龍骨水車的兩個齒輪如何帶動動力？
牛轉，大齒輪就
跟著轉，小齒輪
也被帶動，兩個
齒輪靠彼此的齒
溝互相咬合傳遞
動力，水車自然
就跟著轉。 ▲獸力龍骨水車
我國什麼時候已經使用輪軸的機械呢？
漢代古墓的壁畫上有紡
紗圖，紡紗車上有一條
繩圈連帶著一個直徑很
大的紡輪和一個直徑很
小的圓軸，只要輕輕推
動那個紡輪，連在另一
端的小圓軸就會快速地
繞轉。這樣就可以將一
大捆的紗線繞在小圓軸
上了。
▲漢代紡紗工作，使用大、
小紡輪和繩圈。利用繩圈
傳遞動力。
將龍骨水車、紡紗車和腳踏車比比看，
它們有哪些相同的結構？
它們都有兩個一大一小的圓輪（齒輪）
靠著互相咬合或用繩圈、鏈條相連，將一
個圓輪的轉動傳到另一個。
腳踏車的機械原理
•腳踏車的動力結構包含兩組輪軸 : 腳踏板和
大齒輪是以輪帶動軸，省力但費時；小齒輪
和後車輪是以軸帶動輪，費力但省時。
•腳踏車的腳踏板踩一圈，後車輪轉動不只一
圈。
不同輪軸的效果
•輪軸的輪轉一大圈，軸轉一小圈。
•以輪帶軸是省力的工作方式，缺點是費時。
•以軸帶輪是費力的工作方式，優點是可以省
時。
齒輪的齒狀突起，有什麼功能？
它可以和另一個齒輪互相咬合扣住。
外緣有整齊齒列的圓輪叫齒輪。大小不同
的齒輪可以利用齒溝彼此扣住互相帶動，
這樣的裝置稱做「齒輪組」。
生活中有哪些器材也可用來達成二輪傳動？
汽車上有皮帶將兩個
分開的圓輪相連，可
以達成傳動的目的。
鏈條也可以用來傳動，
使兩個分離的齒輪轉動，
又不容易鬆掉，因此適
合用在腳踏車上。
汽車與腳踏車的傳動系統
•汽車的發動機有皮帶相連可以傳動。
•鏈條也可以傳動，使兩個分離的齒輪轉動，
又不容易脫落，因此腳踏車採用鏈條而不
使用皮帶。
齒輪
•互相扣住的齒輪組的大小齒輪轉動時的方向
相反。
•大齒輪轉一齒，小齒輪也轉一齒。
•大齒輪轉一圈，小齒輪轉的圈數比一圈多。
•大小齒輪分離的齒輪組，大小齒輪之間以鏈
條互相帶動。
•大小齒輪轉動時的方向相同。
•大齒輪轉動一齒，小齒輪也轉動一齒。
大小齒輪轉動的方向相同嗎？
兩個齒輪轉動的方法「相反」。
大齒輪轉動一個齒，小齒輪跟著轉動「一個齒」。
大齒輪轉動一個齒，小齒輪
會跟著轉動幾個齒？
大齒輪轉動一圈，小齒輪轉的圈數「比一圈多」。
大齒輪轉動一圈，小齒輪轉的圈數比一圈多？
還是比一圈少？
腳踏板踩一圈，大齒輪會轉幾圈呢？
腳踏板踩一圈，大齒輪也轉一圈，因為它們的
中心點相同。
齒輪
•大齒輪的齒數÷小齒輪的齒數
＝小齒輪轉動的圈數。
•齒輪可以用來改變轉動的方向。
•不同尺寸的齒輪可以改變轉動的速度。
為什麼腳一踩踏板，腳踏車就會往前跑？
因為腳踩踏板，會牽動大齒輪跟著轉，經由鏈條
，小齒輪也會
轉動，因為小
齒輪帶動後車
輪，當前後車
輪一起轉動，
腳踏車就會往
前跑了。 後車輪
小齒輪 鏈條 大齒輪
腳踏板
往前跑
腳踏車的大、小齒輪並沒有彼此扣住，
這也是一種齒輪組嗎？
腳踏車上的大、小齒輪是用「鏈條」相連，
所以這也是屬於「齒輪組」的一種形式。
小齒輪
大齒輪
鏈條
利用槓桿原理說明腳踏板和大齒輪的輪軸關係：
腳踏板的施力臂（腳踏板）＞抗力臂（大齒輪的半徑）
抗力臂
施力臂
支點
施力點
抗力點
腳踏板和大齒輪之間形成了什麼關係？
腳踏板和大齒輪是一副「輪軸」。腳踏板是「輪」，
轉的圈大；大齒輪是「軸」，轉的圈小。
▲扳手是「以輪帶軸」的工具
▲腳踏板是輪，大齒輪是軸。
腳踏板處有輪軸，
後輪也有輪軸嗎？
小齒輪是「軸」，
後車輪是「輪」，
它是「以軸帶輪」
的構造。
利用槓桿原理說明後車輪和小齒輪的輪軸關係：
後輪的施力臂（小齒輪的半徑）＜抗力臂（後輪半徑）
•腳踏車的傳動順序是:腳踏板→大齒輪→鏈
條→小齒輪→後車輪。
腳踏板踩一圈，後車輪轉幾圈？
踩動腳踏板後，靠
著齒輪和鏈條把力
傳到了腳踏車的後
車輪，這個構造包
含兩組輪軸，當腳
踏板和大齒輪轉一
圈，可使小齒輪和
後車輪轉好幾圈。
①
⑤
③
②
④
⑥
腳踏車構造是屬於省力還是費力的交通工具？
腳踏板連同它的施力
桿轉一圈，大齒輪也
轉一圈，腳踏板踩的
圈比較大，省了一點
力。
所以腳踏車是一種費力但是省時的交通工具。
小齒輪轉一圈，後車
輪就會轉一圈，因為
它們是輪軸的關係，但是小齒輪比後車輪小很多，
小齒輪轉一圈帶動後車輪轉一圈，由作功的距離來
看，會費力。
腳踏車的演進歷史
•1817 to 1819: the draisine or velocipede
•The 1820s to 1850s: an era of 3 and 4-wheelers
•The 1830s: the reported Scottish inventions
•1860s : the Michaux or "Boneshaker"
•1870 to 1890: the ordinary high-wheel bicycle
•The 1880s and 1890s: the safety bicycle
•The 20th century:modern bicycle
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