自行车是省力机械还是费力机械？
我们得先弄清楚什么是省力机械，什么是费力机械。
省力机械：顾名思义，就是使用起来比直接做功更省力，但通常需要付出更大的距离。最典型的例子就是杠杆（支点在中间，重点到出力点距离长于重点到阻力点距离）、滑轮组（由多个动滑轮组成）等等。你可以想象一下，用一根长棍撬动一块大石头，你付出的力气比直接推石头要小很多，但棍子要抬起得更多。
费力机械：就是使用起来比直接做功更费力，但可以省距离。比如我们常说的“镊子”，你夹住东西时，你手指的移动距离要比镊子尖端夹住东西的移动距离大得多，但你夹起来方便快捷。
那么自行车是怎么工作的呢？
自行车之所以能让我们骑起来感觉“不那么累”，主要归功于它巧妙地运用了几个机械原理：
1. 轮轴（车轮与车轴）：
作为杠杆：你可以把自行车轮想象成一个轮轴。当我们踩踏板时，脚的力量通过曲柄（一股力臂）作用在牙盘上，牙盘带动链条，链条再带动后轮的飞轮。后轮的轮辋（相当于杠杆的另一端）在地面上滚动，推动自行车前进。
省力还是费力？ 这里的省力/费力取决于我们怎么定义。如果把蹬踏板看作是“出力”，后轮在地面上滚动是“克服阻力”，那么整个过程更像是通过增大移动距离来省力。想想看，如果自行车没有轮子，我们直接用脚去推地面，要前进同样的距离，我们需要付出的力气会大得多，也更笨拙。轮子的转动，将我们上下踩踏的力气，转化为更有效率的直线前进。
更直观的理解：想象一下，你在用一个非常小的“轮子”（比如一个圆柱体）在地推行一个物体，你每转动一点，物体前进的距离就很小，而且摩擦力也会很大。但自行车巨大的车轮，在地面上滚动时，接触地面的点是不断变化的，而且轮辋的周长远大于轮轴的半径，这就意味着轮子转动一圈，车就能前进很远的距离。用比较小的力，让轮子多转几圈，就能获得较大的前进距离。
2. 齿轮组（牙盘、飞轮、链条）：
变速的奥秘：这才是自行车真正“聪明”的地方。牙盘（前面大的齿盘）和飞轮（后面小的齿盘）通过链条连接。通过切换不同大小的牙盘和飞轮组合，我们就改变了“传动比”。
大牙盘配小飞轮：当你踩踏板（输入端）的转速相对较低，但希望车轮转得快，前进的距离远，这时候你可能会用到大牙盘配小飞轮。这种组合下，你的脚每踩一圈，牙盘要转动相对较小的角度，而链条带动的飞轮，因为齿数少，就会转动更多的圈数。相当于用相对慢的输入转速，获得了快的输出转速。 这种情况下，你可以理解为“省距离”了（相对于飞轮的转动）。
小牙盘配大飞轮：当你遇到上坡或者需要更大的爆发力时，你可能会切换到小牙盘配大飞轮。这时，你踩踏板的力气（输入端），虽然转速可能没那么快，但因为飞轮的齿数多，牙盘的齿数少，你付出的力量会被放大（省力）。你可以用同样的力气，让车轮获得更大的驱动力。这个时候，你可以说它提供了一种“省力”的机制，让你能更轻松地应对阻力。
核心作用：齿轮组的作用就是将我们身体的输出（踩踏力量和频率）进行匹配和优化，以适应不同的路况和需求。它不是简单地省力或费力，而是让你在不同的场景下，用最适合身体的方式去克服阻力。
3. 杠杆（曲柄、车把）：
曲柄：我们踩踏板时，脚的力量作用在曲柄上，曲柄就是绕着中轴转动的杠杆。
车把：转动车把来改变方向，也是利用了杠杆原理。
所以，自行车是省力还是费力？
从宏观上看，自行车是一个“省距离”的工具。 它的轮子让我们可以用相对小的力，就能让车前进很远的距离。如果自行车没有轮子，我们必须一步一步地“推”着地面前进，那将是极其费力且低效的。
从齿轮组的变速功能来看，它提供了“省力”的选项。 在需要克服较大阻力（比如上坡）时，通过选择合适的档位，我们可以达到省力的目的。
它不是一个简单的省力杠杆或滑轮组。 它是一个包含多种机械原理的复杂系统，核心是提高效率，将我们的力量更有效地转化为前进的动力。
更贴切的说法是，自行车是一个“高效的机械系统”。 它让我们能够以比直接用腿行走更快的速度、更远的距离，克服空气阻力和地面摩擦力前进。它的设计目的是让你用最有效的方式，把你的体能转化为运动的动能。
想象一下，如果没有自行车，我们要走一公里的路，可能需要几分钟。但骑自行车，可能只需要一两分钟，而且感觉上付出的“辛苦”程度，并不比走一公里多多少，甚至可能因为分散了力量，感觉更轻松。这种“轻松”感，就是机械效率提升带来的直接感受。
所以，与其纠结它是省力还是费力，不如说它是一个聪明的设计，让你能够更有效地运用你的力量去探索世界。它通过将你的力量传递给轮子，并利用轮子的滚动来克服阻力，同时通过齿轮组来匹配你的踩踏与前进速度，最终达成“事半功倍”的效果。
网友意见
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^o^/
跳过中间商，直接看结论
自行车是费力机械。
因为自行车是“脚踩一小圈，车行好几米”。根据能量守恒定律，W=F*s，动力臂运动距离s少了，力量F就要增加。因此是费力机械。
（补充：如果动力臂运动距离s大了，力量F就可以减少，就是省力机械。一些变速自行车调到“爬坡档”，脚踩好几圈才能前进一些，这就是省力机械。但这种档因为提供基础动力需要踩的圈数太多，踩踏时反而不容易控制行车平衡，因此实用性比较差，市场普及率很低）
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在脚踏和牙盘这一段，是属于省力机械。
滑轮组的原理其实就是杠杆原理。上图可见，牙盘的圆心就是杠杆的支点，动力臂长于阻力臂，因此是省力杠杆。
飞轮和轮毂这一段，是属于费力机械。
这个就更直观了。动力臂比阻力臂小这么多，妥妥就是一个费力杠杆！自行车能够“脚踩一小圈，车行好几米”，靠的就是这个设计。
所以从自行车机械原理上看，仍然是属于费力结构。因为动力臂＜阻力臂，是用大力量小路程，换小力量大路程。所以自行车作为载具最大的作用，还是增加人类的跑图速度！
•͈ᴗ•͈ ♡
但为什么骑自行车多数还是会让人感觉省力呢？
本质上讲，省力的并不是车架的机械结构，而是在于“轮”！
所谓省力的对比对象，也是“步行”与“骑行”的对比。
而且最最最最关键的判断点并不是在于“省力”而是“省功”。省力只是咱们一种广义上的、口头上说法。
轮结构能够省力（功），是因为它用“滚动摩擦”代替了“滑动摩擦”。滑动轴承的轮子虽然微缩到轴承上仍然可见滑动摩擦，但轴承已经接近圆心，相比不带轮的结构，“摩擦距离”可以视为已经被微缩到极小，因此能省下不少功。而对于更加调皮的滚动式轴承来说，连滑动的部分也被省去，运转时摩擦力会更小，不仅省功，而且省力。
当摩擦力被几何倍数减小之后，运动惯性的效果就会被大幅度恢复。在平地上骑行，只要赋予一个平平无奇的初速度，自行车能够滑行数米甚至数十米，而这数十米的滑行路程完全是不需要额外提供动力的。就能量消耗的角度而言，滑行时候的动能损耗很低，能量的利用率很高，所以骑行相比步行能够很明显地感觉到“省功”。
就骑行而言，我们脚踩踏板供能，也只是补充轮轴摩擦的耗能、风阻耗能、轮子与地面滚动摩擦的耗能。非要多说也只能讲爬坡时候克服重力分力的耗能了。除了爬坡外，其他耗能可以说是非常细微，维持运动所需的力或能量都是很小的。
所以，轮结构是一切车辆省力省功的核心机械结构。
步行，全靠滑动摩擦提供动力，没有“滑行”这个操作，不能利用运动惯性，动能可以说是每一步都在浪费，因此功耗大、运动效率低。
如果有运动经验的人还会发现，给脚上加轮，行动会轻松很多，但玩轮滑也还是比骑行更累一些。
轮滑运动增加的能耗其实不在于滑行，而在于轮滑运动获取动力的方式！俩脚是等长的，想要用脚获取动力，必须一条腿半蹲，另一条腿才能腾出足够的长度进行“推动”。这个“蹲起”的过程是费力的，要克服重力做功，所以这个动作的消耗的能量有相当大一部分被用来“起”，只有少部分被用来制造前进动力，所以轮滑还是偏费力一点。
同理，跑步也比走路费功，因为跑步是一种快速的“走路”，为了让两腿可以更好的交错发力，跑步需要施展出远超过行动距离的步幅，多出来的这段步幅是用来给两腿的运动加速的，所以跑步时候总是要把步子抬到很高，甚至还需要带一点“跳跃”的动作。这些地方都会增加额外的能量消耗。
自行车能够把以上这些费力费功的地方全部省去，因此是一种能量利用率非常高的机械。
虽然机械结构上是费力机械，但相较于步行，轮结构让它仍然非常省功。
一般来说，自行车是费力机械，但是需要具体情况具体分析。
如图所示是自行车的结构示意图。自行车的原理是用力踩脚踏板，通过曲柄传动至牙盘，然后通过链条，将牙盘的转动传至飞轮，最后飞轮带动后轮，自行车就可以动起来了。要想知道自行车是省力机械还是费力机械，首先要知道省力机械和费力机械的区分方法。省力不省功，省力费距离，费力省距离，所以我们可以通过比较着力点和阻力点的移动距离来判断是否省力。这里忽略自行车的阻力。设脚踏板的移动弧长为x₁，曲柄长度为a₁，牙盘边缘上一个点移动弧长为x₂，半径为a₂（指挂链条的齿轮半径），飞轮和牙盘通过链条连接，因此飞轮边缘上一个点移动的弧长也是x₂，飞轮半径为b₁（指挂链条的齿轮半径），后轮边缘上一个点移动弧长是x₃，半径为b₂。则
故有：
如果 ，则脚踏板移动的距离大于后轮边缘移动的距离，所以省力，同理如果 ，则费力。
从物理学角度来说，自行车省功，从人的感受来说，节省了做功自然会省力。
之所以会省功，是因为与走路相比，骑自行车人的重心在竖向只是沿着路面高程变化，而不会像走路那样每走一步都会随着步伐一上一下波动。
况且，平路和下坡路，自行车可以滑行，人此时是不做功状态，可以休息。但如果是走路，无论平路还是上坡、下坡，都会不不停地做功，因为人身体不可避免要随着步伐上下起伏，做了很多无用功，因此走路会更累。
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