腳踏車的原理是透過人的腳對腳蹬施加力,從而透過曲柄帶動鏈輪的轉動,鏈輪又透過鏈條帶動飛輪的轉動,飛輪進而後輪轉動.由於後輪與地面的摩擦力,使得後輪與地面不會相對滑動,而後輪在地面上滾動,整個車子就運動起來了.透過對腳踏車的仔細的受力與動力學分析,可以發現,對於腳踏車來說,勻速運動是不存在的.就拿前輪來分析,由於輪子的對稱性,前輪的質心在它的中心,而在運動中,腳踏車前輪必然會受到地面的阻力,這個力不過前輪的中心,也就是不過前輪的質心,而車架透過前軸對前輪的力必然會過質心,這樣一來,前論受到的合外力矩必然不會為0,前輪不會勻速的轉動.騎腳踏車的時候,腳也不是一直都在用力蹬腳蹬,當腳用力蹬腳蹬時,車子就會加速,當不太用力時,車子又會減速,實際的騎腳踏車的過程就是交替地加速減速.腳踏車中的各個輪子尺寸不是隨意的,除了從美觀的角度考慮,還要受到物理規律的制約.現在從物理學的角度對腳踏車中的各個輪子尺寸作出分析.假設腳蹬到中軸的距離為R1,鏈輪的半徑為R2,飛輪的半徑R3,後輪的半徑為R4.腳蹬,曲柄,鏈輪的整體轉動慣量為I1,飛輪,後輪的整體轉動慣量I2.定義腳踏車速率與腳蹬速率的比值為速率效率.假設腳蹬的速率為V0由腳蹬與鏈輪的角速度必須相等,飛輪與後輪的角速度必須相等,鏈輪與飛輪的蘇聯相等可以推出車子的速度V=V0*R2R4/R1R3 [1]再假設地面給後輪的摩擦力為f,鏈條給後輪的作用力為f‘,人蹬腳蹬的力F.後輪的角加速度為B,前輪的角加速度為B‘B*R3=B‘*R2對腳蹬,曲柄,鏈輪的整體,FR1- f‘R2=I1B’對飛輪,後輪的整體,f‘R3- f R4=I2B解得；F= f*R2R4/R1R3+I1BR3/R1R2+I2BR2/R1R3我們可以把它分成幾個部分來考慮,克服地面摩擦的力f*R2R4/R1R3,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉動慣量的力I1BR3/R1R2,克服飛輪,後輪的轉動慣量的力I2BR2/R1R3.現利用控制變數的思路對腳踏車中的各個輪子尺寸進行討論.當其他量一定時,R1越大,克服地面摩擦的力和克服飛輪,後輪的轉動慣量的力越小,但是速率效率就越小[即腳蹬的速率一定時,腳踏車的速率越小],而且R1越大時,I1就會越大,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉動慣量的力不一定會變小.當其他量一定時,R2越大,速率效率就越大,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉動慣量的力越小,但是克服地面摩擦的力和克服飛輪,後輪的轉動慣量的力就會越大.當其他量一定時,R3越大,克服地面摩擦的力和克服飛輪,後輪的轉動慣量的力就會越小,但是速率效率就越小,克服腳蹬,曲柄,鏈輪的轉動慣量的力越大.當其他量一定時,R4越大,速率效率就越大,但是克服地面摩擦的力越大.綜上所述,腳踏車中的各個輪子尺寸除了從美觀的角度考慮,還要受到物理規律的制約