Tại sao khung và các bộ phận của xe đạp được làm bằng kết cấu ống?

Chúng ta biết rằng, khung tay lái và một số bộ phận khác của xe đạp được làm bằng ống thép rỗng ruột. Nhưng, bạn có biết tại sao người ta lại phải làm như vậy?

Nếu bạn đã từng quan sát lúa bạn sẽ thấy rằng, thân cây rỗng ruột, khi có gió to thổi tới, cây rạp xuống rồi lại đứng thẳng mà không bị gãy gập. Trong khi đó, những cành cây to hơn lại bị bẻ gãy. Tại sao lại như vậy? Nguyên nhân là do thân cây lúa với kết cấu rỗng ruột rất phù hợp với tính chất lực học chống biến dạng.

Những ống thép rỗng của khung xe đạp cũng có nguyên lý giống với thân cây lúa. Bây giờ chúng ta sẽ lấy gióng ngang của khung xe đạp làm ví dụ phân tích nguyên lý lực học của ống thép rỗng.

Khi có ngoại lực tác động vào gióng ngang, sẽ làm nảy sinh biến dạng cong. Bề mặt phía trên của gióng ngang lõm xuống, mặt phía dưới lại lồi ra còn chiều dài của gióng nằm trong trạng thái bị căng giãn. Do đó, nửa phần trên của gióng ngang có sự biến dạng do áp lực (có sự co ngắn chiều dài do ngoại lực); nửa phần gióng ngang bên dưới có sự biến dạng giãn (có sự kéo giãn chiều dài do ngoại lực), càng gần bề mặt trên hoặc dưới thì sự biến dạng càng lớn.

Nói cách khác, ở phần gióng ngang bị uốn cong tồn tại sự biến dạng không đồng đều. Sự biến dạng này đã làm xuất hiện ứng suất trực tiếp (ứng suất ép và ứng suất kéo), chính là mô men hồi lực chống uốn chống biến dạng của gióng ngang. Nó phát huy tác dụng cùng với mô men ngoài giữ cho gióng ngang cân bằng.

Những chỗ càng gần bề mặt trên và dưới của gióng ngang thì sự biến dạng và áp suất càng lớn. Nếu như diện tích của vật liệu và mặt cắt ngang tương đương nhau, vật liệu hình ống bền vững hơn vật liệu dạng đặc có cùng chiều dài. Do dạng ống có nhiều vật liệu được phân bố trên bề mặt hơn dạng kết cấu đặc nên khả năng chịu lực uốn cửa nó mạnh hơn ở kết cấu đặc.

Chính vì vậy, để làm giảm trọng lượng cửa khung xe, tiết kiệm vật liệu, người ta làm khung xe có kết cấu dạng ống, từ đó phát huy hiệu quả chống kéo và chống áp lực tốt nhất.

Tại sao thuyền buồm có nhiều kiểu cánh buồm như thế?

Bạn đã nhìn thấy thuyền buồm chưa? Trên thế giới có rất nhiều cuộc đua thuyền buồm nổi tiếng. Khi đua ta chỉ nhìn thấy hàng nghìn chiếc thuyền tranh...

Tại sao khi đi xe phải thắt dây an toàn?

Hiện nay, trên nhiều ô tô con đều có dây an toàn. Nếu bạn thường xuyên đi taxi bạn sẽ phát hiện, người lái taxi luôn tự giác thắt dây an toàn.

Vì sao các dòng sông uốn khúc quanh co?

Vào lúc bắt đầu hình thành dòng chảy, lòng sông thường không phẳng. Những nơi nước sông chảy qua, vì rất nhiều nguyên nhân, nên tốc độ chảy ở hai bên...

Người câm có nhất định là điếc không?

Người điếc không nhất định là câm, nhưng người câm hầu như đều là điếc. Rất nhiều người tai không nghe thấy người khác nói, nhưng tự mình nói lên lại...

Vì sao máy biến áp có thể thay đổi điện áp?

Chúng ta đều biết rằng, máy biến áp có thể thay đổi điện áp. Trước khi dòng điện chuyển từ nhà máy phát điện hòa vào lưới điện, người ta phải biến chúng trở thành dòng điện siêu cao áp.

Vì sao thanh, thiếu niên không nên thức thâu đêm nhiêu?

Một người nếu suốt ngày tay không rời sách hoặc vùi đầu làm việc thì dần dần sẽ cảm thấy đầu óc căng lên, năng lực tư duy giảm thấp. Tương tự, nếu lao...

Bài toán “nhóm 6 người” là gì?

Trong cuộc thi Olympic toán quốc tế năm 1947 ở Hungari có một bài toán như sau: Chứng minh rằng trong một nhóm sáu người bất kì ít nhất có ba đã từng...

Tại sao nước biển mặn?

Có người nói nước biển mặn vì hòa tan rất nhiều muối. Nhưng đó không phải câu trả lời, bởi muối ở đâu mà ra? Không lẽ nước sông, nước hồ không có muối...

Tại sao máy bay khi cất cánh và hạ cánh đều phải bay ngược chiều gió?

Những người hay đi máy bay đều biết rằng, máy bay khi cất cánh, thường phải ngoặt trái ngoặt phải trên đường băng, sau đó chạy đến một đường băng...