自行车的动力和阻力是静摩擦力吗？

自行车的动力和阻力是静摩擦力吗?■蔡 唱 在分析静摩擦力的应用时, 结合生活我们常常会让学生分析脚受到的摩擦力, 自行车轮子所受到的摩擦力等。 结论通常是脚受到的摩擦力往前, 充当人前进的动力( 如图 1)。 自行车车轮的问题就复杂的多, 笔者把骑车过程简单分为两部分:人使力时和人不使力时。 对轮子的分析也分两部分: 前轮和后轮。 本文的讨论建立在假设车轮的运动是无滑滚动, 即纯滚动。1 。 人使力骑车前进本人结合平时与一些老师的交流并在查阅一些资料后发现, 通常大部分中学教师的结论是: 后轮受到的静摩擦力向前, 前轮受到的静摩擦力向后( 如图2)。 分析的依据如下: 后轮所受静摩擦力向前, 因为后轮有向后滑动的趋势; 前轮所受静摩擦力向后, 因为如果没有摩擦力, 前轮会向前平动, 轮子就不会转动, 所以是摩擦力让轮子转起来; 从整体的角度来说,后轮的摩擦力是动力, 前轮的摩擦力是阻力。 图1图2笔者认为这是对自行车前进的动力和阻力的误解, 对学生形成正确的物理概念的一种误导。 首先, 共同点是个人也认为轮子所受的摩擦力是静摩擦力, 受力方向亦如图 2, 但是不认为静摩擦力是动力或是阻力。

4. 2手腕的驱动力矩的计算4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩.图4-1所示为手腕受力的示意图。4.2 手腕的驱动力矩的计算4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩.图4-1所示为手腕受力的示意图。通过比较两侧轮子的转角差和各轮子独立动力驱动传递控制，实现车辆转动半径和空间轨迹可控制。

所以静摩擦力不是阻力。 那么阻力是什么呢? 当然是滚动摩擦, 还有空气阻力和风阻了。滚动摩擦参照《 普通物理》 可知: 如图 3, ( 轮子向左滚动)假设支撑面发生形变而小球不发生形变时当小球向前滚动时, 小球向前与前方凸起发生碰撞, 支撑点前移到P ', 受到支撑面的作用力增大为N ',N '产生两个效果, 一个是竖直方向的N, 一个是水平方向的F转动轮平动时的惯性阻力转动轮平动时的惯性阻力。 重力G与竖直方向的支持力N的力偶矩为小球的滚动的阻力矩, 由于力矩M 对小球的滚动起阻碍作用, 相当于作用于球心一个与质心运动方向相反的阻力, 这个力就是“ 滚动摩擦力”。 同样假设支撑面不发生形变而小球发生形变时, 如图4亦产生一阻力矩, 上述二种情况结合即实际情况。 滚动摩擦一般用阻力矩来量度, 其大小与物体的性质、 表面的形状以及滚动物体的重量有关。 滚动摩擦实际上是一种阻碍滚动的力矩。 这也很好地解释了为什么自行车轮胎在气扁了的时候阻力大, 即此时滚动摩擦力矩变大, 而不是因为静摩擦力变大。 当很多人认为阻力是静摩擦力的时候,“ 为什么自行车轮胎在气扁了的时候阻力变大” 成了他们不能解决的难题。

图3图42 。 人不使力时自行车前进通常很多老师都认为静摩擦力往后, 认为那就是阻力, 显然这已不符合我们前面提到的理论。 和前文中骑车的过程不同的是两个轮子都没有了驱动力, 此时两个轮子的运动情况是一样的, 轮子都是靠惯性在转动。 那么静摩擦力是不是往后呢?个人认为静摩擦力应该等于零。 分析如下: 轮子做的是纯滚动。 假如没有地面和轮胎的形变, 即没有滚动摩擦产生的阻力矩, 没有空气阻力和风阻, 轮子应该保持匀速滚动, 质心应该保持匀速直线运动, 这样如果存在水平向左或者向右的静摩擦力, 从质心运动定律的角度来说: 质心不可能保持匀速直线运动。 所以此时两个轮子受到的静摩擦力为零。 在实际运动中, 真正让自行车停下来的原因还是滚动摩擦力矩、 空气阻力和风阻。 这用来解释地面上滚动的轮子所受的摩擦力时我们一样得出静摩擦力为零。以上这些是本人对于自行车所受摩擦力的一些新的看法。 对中学物理教学来说, 为了简化问题, 分析自行车受力为动力和阻力也是有一定的作用, 但是我们不能说静摩擦力是动力或者阻力, 因为在这里静摩擦力是不做功的。 同理, 人在走路的时候所受向前的静摩擦力也不能称为人前进的动力,人在前进的时候动力应该是人自己的驱动力, 人往前运动的过程是抬腿的那个过程, 而不是着地的那只脚的静摩擦力作用的过程。

作者单位: 江苏省江阴市青阳中学33 2 0 1 4年第5期 自行车的动力和阻力是静摩擦力吗？自行车的动力和阻力是静摩擦力吗？作者：蔡唱作者单位：江苏省江阴市青阳中学刊名：中学生数理化（学研版）英文刊名：MATH PHYSICS & CHEMISTRY FOR MIDDLE SCHOOL STUDENTS (SENIOR HIGH SCHOOL EDITION)年，卷(期)： 引用本文格式：蔡唱 自行车的动力和阻力是静摩擦力吗？[期刊论文]-中学生数理化（学研版） 2014(5)2014(5)