自行车中的摩擦力系统

自行车中的摩擦力

众所周知，中国是世界上自行车拥有量最多的国家，是公认的“自行车王国”。作为一种最普及最方便的代步工具，它与我们的生活息息相关。大家与自行车结下了不解之缘。常见的自行车有许多种：像山地车、跑车、公主车、淑女车，等等。说起骑车，或许我们都会，但要系统、详尽地解释其中的摩擦力知识，未必人人都能够做到。为了明确这些问题，来研究一下自行车中的摩擦力。

摩擦力就是接触阻碍或帮助物体运动的力。它是一种接触的力，它的大小与接触面压力的大小和接触面的粗糙程度有关，它包括静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦。

摩擦力是非常重要的。如果没有了摩擦力，别说人骑车时手脚经常从把手和脚踏上滑下来，自行车刹车失灵，一旦行驶就停不下来等，就算你要把自行车的零件拼装一辆完整的自行车也很难：因为自行车各部件的组合，都需要用螺丝、螺帽来固定，而没有了摩擦力，螺丝、螺帽就无法去固定那些零件了，因而也就无法用那些零件来拼装成完整的自行车了。

（一）、认识一下摩擦

其实，摩擦力就好象一把双面刀，摩擦产生的影响既有好也有坏。自行车上运动部分都有摩擦，它既磨损自行车上部件，又浪费大量能量，而且由于摩擦会使自行车局部温度升高，会降低自行车的精度。

可是摩擦也是生活中所需的。很难想象，没有摩擦自然界会是什么情况，就连我自己也不敢想是怎样推着自行车的，车轮是怎么滚动

的，这一切都依赖于摩擦才可进行的。其中自行车刹车是有益摩擦，它是通过刹车皮压在钢边上产生摩擦，使自行车车轮停下，如果没有了它，自行车一直这样运动下去，还真不知道有什么可怕的事产生。所以我们应巧用摩擦，善用摩擦。

自行车上减少摩擦的方法大抵也有两种：

1、利用滚动摩擦来减少摩擦；

2、给某些部件加润滑剂来减少摩擦。

(1)自行车车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，增大接触面粗糙程度，增大摩擦力。

(2)车轴处经常上一些润滑油，以减小接触面粗糙程度，来减小摩擦力。

(3)所有车轴处均有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，来减小摩擦，转动方便。

(4)刹车时，需要纂紧刹车把，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力，

(5)紧蹬自行车前进时，后轮受到的摩擦力方向向前，是自行车前进的动力，前轮受到的摩擦力方向向后，是自行车前进的阻力；

（二）前后轮摩擦力方面的问题

前轮：将一条厚海绵裹在车轮上，固定好，让前轮自由转动，保持前进状态，然后刹车，这时车轮下的海绵都挤在车轮着地点的后方，由此推知地面给前轮一个向后的摩擦力与车前进方向相反，是阻力；

对于后轮，我们先把它架空，驱动脚蹬，使车轮转起来，然后让它着地，在着地的一瞬间，发现海绵挤在车轮着地点的前面，实验表明地面给车后轮一个向前的磨擦力，导致车前进，这也就是自行车能前进的原因。

可以直接看前后轮与地面接触点，后轮为驱动轮，它与地面接触的点现有向后的趋势，所以摩擦力向前；前轮为被动轮，它与地面接触的点有摩擦才向后，所以摩擦力向后。总之，各种轮的摩擦，主动轮向前，被动轮向后。结论：前轮受的磨擦力向后，后轮受的磨擦力向前。后轮提供车前进的动力。

自行车靠惯性前进时，前后轮受到的摩擦力方向均向后，这两个力均是自行车前进的阻力。

自行车中的摩擦主要存在于两种情况:

（三）、启动制动过程中的摩擦力

在链条驱动下，后轮胎逆时针转动时，轮胎与地面接触处相对于地面有向后运动的趋势，故地面对后轮胎施加向前的摩擦力f1，此摩擦力成为自行车向前运动的动力。在此力的作用下，自行车整体具有向前运动的趋势，自行车的前轮胎与地面接触处相对于地面有向前运动的趋势，则地面将对前轮胎产生向后的摩擦力f2，在f2的作用下，前轮胎便沿着后轮胎相同的方向转动起来，自行车就向前运动，因此，人们也将后轮胎称为主动轮，前轮胎称为从动轮。

（四）、刹车过程中的摩擦力

摩擦力对自行车的启动如此重要，对自行车的制动也很关键。如果刹车性能不好，会严重影响到骑车人的行驶安全，这当然不言而喻。自行车能停下来，主要是靠刹车块与轮胎之间的摩擦。人捏刹车柄，使刹车线带动刹车块与轮胎靠紧，产生摩擦力使自行车减速，最终停下来。

因为踏板制动后轮,后轮原先相对地面静止,现在后轮动了,相对地面往后运动,摩擦力方向与相对运动方向相反,所以后轮所受摩擦力

方向向前.而前轮本在外力下平衡,现在要向前运动,必在与前轮同运动方向受摩擦力.所以前轮所受摩擦力向后.

下雨天或下雪天时，由于地面摩擦力变小，人骑自行车很容易摔倒，也就是通常所说的打滑。我们不难发现，自行车的轮胎并不是光滑的，而是有凹凸不平的纹路。正是通过这种方法来增大摩擦力。如果轮胎表面越粗糙，摩擦力越大，行驶过程中越安全。

（五）、简单应用

我们曾学过影响摩擦力大小的因素有压力大小和接触面粗糙程度。借助自行车，我们做了一个简易的实验来证明：以一恒定大小的速度驾驶同一辆自行车，用大小不相同的力捏刹车柄，结果力越大，自行车制动越快；相同的初速度，停下来越快则加速度越大，即摩擦力越大。说明压力越大，产生的摩擦力越大。再用新、旧两辆自行车，在相同的速度下，用相同的力捏刹车柄，结果新车制动得快。我们发现旧车的刹车块磨得比较光滑了，所以产生的摩擦力小。这符合压力相同，接触面越粗糙，摩擦力越大的结论。

时至今日，自行车已成为全世界人们使用最多、最简单、最实用的交通工具。也许人们应该永远记住这些自行车的发明者们，他们的名字，丝毫不亚于汽车的发明者卡尔-本茨。