什么自行车爬坡不费力

骑行是一种低碳环保的出行方式，途中遇到爬坡路段会很困难。如果你骑的是普通自行车，可以使用“S”路线，让骑行更轻松。那么，这背后的原理是什么呢？

从做功的角度来说，斜坡作为物理学中的斜面模型，可以起到杠杆和滑轮一样的省力作用。以杠杆为例，动力臂的长度是阻力臂的几倍，可以达到几倍的省力效果，而对于光滑的斜面，斜面的长度是其高度的几倍，可以达到几倍的省力效果。也就是说，根据坡度原理，坡度越小或越长，越省力。

为什么坡度越小越省力？因为当物体在斜面上时，斜面会承受一部分重力。从图1和图2可以看出，物体的重力是垂直向下的，重力可以分解成两个垂直分量:一个平行于斜面，另一个垂直于斜面。垂直于斜面的分力完全由斜面承担，不需要其他力。也就是说，斜面可以承受物体的一部分重力，倾斜度越小，斜面所能承受的物体重力越大。当斜面的斜率为零时，此时斜面变成水平面，垂直于斜面的力会达到最大值，等于物体的总重力。当物体从斜面底部被向上推时，需要克服两个力:一个是平行于斜面的向下的分力，另一个是物体与斜面之间的摩擦力。这两个力小于物体本身的重力，所以向上推物体比垂直举起物体更省力。

“S”型爬坡就是利用斜面的特性，达到省力的目的。但是“S”形攀岩也有一些缺点，那就是需要时间和做很多工作。与直线爬升相比，“S”形爬升距离更长，在增速不多的情况下增加了爬升时间。同时克服摩擦力做功，所以爬坡做功也相应增加。

日常生活中使用的很多工具，比如斧子、刀、螺丝、螺母、盘山公路，都是利用了斜坡和省力的原理。

本文由北京市第六十五中学一级教师胡晓燕进行科学校对。

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