物理学谈自行车上的摩擦力

物理学谈自行车上的摩擦力

作者：李桂花文章来源：数理化研究

摘要:自行车是人们最常见的交通工具,自行车在前进过程中前轮受滚动摩擦力,方向向后;后轮受向前的静摩擦力,它们和空气阻力等一起使自行车保持或改变运动状态。

关键词:自行车;接地点;相对运动;摩擦力

自行车是城乡最常见的交通工具,在高度的发达的大城市,自行车也被用于健身和休闲。那么自行车是靠什么向前运动的呢?有人说靠脚蹬,我们把自行车当做一个质点,脚蹬只是使轮子转动,为什么整个自行车向前运动呢?

实际上在用力蹬的时候,自行车只所以能向前运动是摩擦力起作用的缘故。先假设整车原地不动,当人们用力蹬车时,脚蹬子带动轮盘一起转动,然后通过链条传递给后车轮,后轮变开始转动,这时后轮胎的接地点要相对于地面向后运动。假若自行车跟地面没摩擦,或者说摩擦力等于零。那么它就只能在原地转动,就像汽,这种情况我们大都见过。

车后轮打滑时汽车不能前进一样而正常情况下,车胎接地点与地面之间不可能无摩擦,当人用力蹬车时,轮胎要转动,使接地点有相对于地面向后发生相对运动的趋势,这时,轮胎接地点受到地面所提供的向前的摩擦力,正常情况下自行车后胎接地点与地面之间只有发生相对运动的趋势而不会发生相对滑动,因此车胎受到的是静摩擦力。如图:

前轮在整车前进的过程中,是在地面上被动滚动的,就如同一个圆木在平面上滚动一样,受到的是跟相对运动方向相反的滚动摩擦,即方向向后的滚动摩擦力,它的作用是阻碍整车向前运动。

如果是刚起步,则力F大于前轮的摩擦力和所有阻力之和,车子做加速运动,在平稳的匀速运动状态中,则力F等于前轮的摩擦力和所有阻力之和。

还应该明确: ①摩擦力是成对出现的,在轮胎接地点受到向前的,也给了地面一个向后的力,二者是一对作用力和反静摩擦力的同时作用力,只是地球质量太大了,受这么

点儿的力不会有明显的运动状态的改变,并且地面受的这种力因数量多而方向各不同,也就相互抵消了,前轮也一样。在自行车匀速运动的时候,人仍在用力蹬车。

②为了克服各种阻力,使车在水平方向受到的各种力的和为零,保持匀速运动,但不能说(蹬车的)力是维持自行车运动的原因。

③力是改变自行车运动状态的原因起步时需用更大的力蹬车,使F大于各种阻力之和,车子不断加速(由静止到运动,运动状态发生了改变)。

知识来源于生产实践,学习知识目的也是为了更好地指导生产实践活动,因此,我们要善于从生活和生产实践中挖掘这样的事例,引导学生把所学物理知识应用到实际中去,这样,既可以提高学生的学习兴趣,还可以提高学生分析问题研究问题的能力,为使学生更好地学会研究性学习打下良好的基础。

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