谈地面对自行车的摩擦力方向

谈地面对自行车的摩擦力方向

咸阳周陵中学王胜利

两个相互接触的物体，当一个物体要发生相对运动或者已发生相对运动时，就会在接触面点产生阻碍相对运动的力，这种力叫做摩擦力。在学生把所学知识应用到分析生活中具体问题时，常遇到地面对自行车的摩擦力问题。在对该问题的分析中，关于摩擦力方向的分析经常出现错误。造成这个错误的主要元婴是对摩擦力的概念理解不准确。没有抓住“阻碍相对运动的”几个字，即摩擦力的方向总是跟接触面（点）的相对运动或相对运动趋势方向相反。可见，判断摩擦力方向总是跟分析物体的相对运动方向或相对运动趋势方向分不开。为了弄清楚这一点，我们来分析一下地面对自行车的摩擦力的方向。由于推自行车和骑自行车时情况不同，应分别进行讨论。

一、推动自行车时的摩擦力方向

推自行车时，自行车的车架受到向前的推力，会向前运动前轮、后轮都受到车架的牵连，随车架向前运动，他们都是从动轮。由于前、后轮的运动实质相同，因而前、后轮的摩擦力方向相同。

推车时，车架向前运动，轮子受车架牵连而向前运动。轮子上x 点（轮子与地面的接触点，该点随时间在不断地变化）随车架，相对有向前的运动趋势。根据摩擦力的概念，x点相对地面有向前的运动

趋势，地面对轮子就产生了向后的摩擦

力（如图1所示）。此时地面对轮子的

摩擦力方向跟x点的相对运动趋势相

反，即对x点的摩擦力阻碍了x点的相

对运动趋势；跟轮子的向前运动方向相

反，即阻碍了轮子向前的运动；但该力跟轮子的转动方向相同，是使轮子转动的动力。这时的摩擦力是滚动摩擦力，实质是静摩擦力。由于，摩擦力的作用线没有通过质心，产生了力矩，使其转动，这个转动和质心的向前运动，就构成了轮子的滚动。这时x点受到摩擦力的方向，跟x点相对地面的运动趋势方向相反，跟轮子的向前运动方向相反，跟轮子的转动方向相同。

二、骑自行车时的摩擦力方向

骑自行车时，人施力通过链条使后轮转动，有了相对运动趋势，产生了摩擦力。后轮是主动轮。前轮仍是受牵连而有运动的趋势，产生摩擦力。它仍是从动轮。由于前、后轮的运动原因不同，因而前、

轮的摩擦力方向应分别来讨论。

（一）骑自行车时，后轮的摩擦力方向

向前骑自行车时，人施力通过链条式后轮转动。后轮转动时，轮子上y点（轮子与地面的接触点，该点随时间在不断地变化），相对

运地面有向后的运动趋势。根据摩

擦力的概念，y点相对地面有向后的

运动趋势，地面对y点产生了向前

的摩擦力（如右图2所示）。此摩擦

力的方向，跟y点相对地面的运动

趋势方向相反，即阻碍了y点的相对运动趋势；跟后轮的转动方向相反，即阻碍了后轮的转动；但跟后轮及车架的向前运动方向相同，即它是后轮和车架向前的动力，使它们向前运动，后轮的向前运动和转动的共同作用就构成了后轮的滚动。后轮的摩擦力也是滚动摩擦力，其实质也是静摩擦力。后轮这时受到的摩擦力跟y点想对地面的运动趋势方向相反，跟后轮的转动方向相反，跟后轮的向前运动方向相同。

（二）骑自行车时，前轮的摩擦力方向

骑自行车时，由于后轮受到的摩擦力使后轮和车架向前运动。前轮有事受车架牵连而运动，仍是从动轮，跟推车时相同，因此，前轮受到的摩擦力跟推车时情况相同，即摩擦力的方向也相同。

总之，在分析摩擦力的方向时，要吃透概念，正确应用。吃透概念时，应特别注意“在接触面上产生阻碍相对运动的力，这个力叫摩擦力。“即受到摩擦力的方向跟接触面（接触点）的相对运动方向或相对运动趋势方向相反。正确应用，要注重分析物体的接触（接触点）的相对运动。

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