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当我们骑自行车上坡时，会感到越来越费力，这背后隐藏着深刻的物理原理。人蹬车对自行车做功，使自行车获得动能并克服重力增加势能。从山脚到山顶，自行车的高度不断增加，速度可能减小，这就是能量在不同形式间转换的过程。
功是物理学中描述力对物体作用效果的重要概念。功的计算公式是W等于F乘以s乘以cosθ，其中W是功，F是作用力，s是位移，θ是力与位移的夹角。功有正负之分：当力的方向与运动方向相同时做正功，相反时做负功，垂直时不做功。在骑车上坡过程中，人对自行车做正功提供动力，重力和摩擦力做负功阻碍运动。
动能和势能是机械能的两种基本形式。动能公式是二分之一mv平方，表示物体由于运动而具有的能量。重力势能公式是mgh，表示物体由于位置而具有的能量。在自行车上坡过程中，随着高度增加，势能增大而动能减小，总的机械能在理想情况下保持不变。除了重力势能，还有弹性势能等其他形式的势能。
功能关系是物理学的核心定理之一。动能定理表明合外力做的功等于物体动能的变化。更一般的功能关系告诉我们，外力做的总功等于机械能的变化加上内能的增加。以骑车上坡为例，人做功2240焦耳，其中1680焦耳转化为动能减少，3500焦耳转化为势能增加，420焦耳因摩擦转化为热能。这体现了能量守恒定律。
机械能守恒定律是物理学的重要定律。当系统中只有重力或弹力做功时，物体的机械能保持不变，即初态的动能加势能等于末态的动能加势能。在理想的自行车下坡运动中，势能转化为动能，总机械能不变。但在实际情况下，由于摩擦力的存在，部分机械能会转化为内能，总机械能会减少。理解守恒条件对正确应用这一定律至关重要。