初中物理:自行車前後輪摩擦力方向!為什麼後輪是靜摩擦無法理解

2020-12-04 交傳廣東Harry陳老師

我先回答你紅圖中的問題吧。如果自行車在一個沒有摩擦力的地面,想要行走是不可能的!比如你可以想像一下你在冰面上騎自行車。你能騎上去嗎?就算有人扶著你上去了,你能騎著走嗎?百分百會摔跤!這就是因為自行車與地面之間沒有摩擦力。好,我們現在考慮地面有摩擦的情況。自行車在有摩擦力的地面行走,(我指的是被騎行。)顯然,自行車的動力來源是人蹬著腳踏板,通過鏈條,轉動後輪逆時針旋轉。由於有摩擦力,整個後輪是向左運動的,但是後輪與地面接觸的部分,運動趨勢是向右的,也可以說是向後的。這裡,說「後輪的運動趨勢向後」,不確切,也可以說不對。但是如果理解它的話,就知道它實際是說「後輪接觸地的部分,運動趨勢是向後的。」 「趨勢」,就是即將要、馬上要去的方向和能力。現在在回答你提出的一系列問題。自行車的運動原理你懂麼?我簡單說一下吧。就是人用腿腳轉動腳踏板,轉動轉盤;又通過鏈條的傳遞,轉動後輪逆時針運轉;轉動的後輪,下面接觸地面的部分,由於地面與後輪之間的摩擦力,使後輪不能在原地轉動;(也就是說後輪與地面之間的摩擦力小於最大靜摩擦力。)於是,後輪上面部分順勢向右(也就是向前)移動,(後輪上面部分轉下來,下面部分又轉上去……循環往復,)進而推動整個自行車向左(即向前)運動!至於前輪的轉動,是由於後輪的轉動,有了向左(也就是向前)的運動趨勢。這時,前輪下面,與地面接觸的部分,就產生了相反方向的摩擦力。(指向右的摩擦力。)不過這個摩擦力不大,因為後輪傳來的推力時傳到前輪的轉軸上的,所以這個力高於地面,前輪在地面部分不能向前推進了,(前輪)在上面的部分就順勢向左(也就是向前)推進了。這樣一來,前輪的下面部分,又有了向後的推力,這樣也就減小了地面對前輪的摩擦力。這些都是多餘的話了。1,說「向左邊騎車前後輪都朝右邊轉」,這話說得不準確。應該說是(前、後)輪子上面部分向左轉,下面部分向右轉。說「後輪此時的運動趨勢是向右的」,這話也不準確。應該說後輪接觸地面的部分,運動趨勢是向右的。而上面部分運動趨勢是相左的。說到運動趨勢問題,到底該看誰?看哪一部分?回答是:你在考慮哪一部分的運動趨勢,就應該就事論事說「那部分的」運動趨勢是怎樣。比如說到自行車,其實我們都知道,如果把車架空,那輪子只會飛速地轉圈圈。只有後輪接觸到有摩擦力的地面,整個車子才會有向前的動力。也就是說整個車子有了向前運動的趨勢。但是後輪的下面部分,接觸地面的地方,運動趨勢是向後的。2,說後輪靠的是靜摩擦力。不是因為它動或不動,而是因為後輪接觸地面的部分,在接觸地面的過程中,沒有相對地面運動。(如果有相對運動,就是摩擦力不夠,後輪打滑了。)一般,後輪都不會打滑的,也就是說地面給的摩擦力夠大,自行車前行不需要地面給予多大的摩擦力。而給予的摩擦力,就是靜摩擦力。3,這個問題我在講自行車的運動原理時就回答了。這裡不再贅述。4,前輪的運動過程及原理,我也已經在總論中解釋清楚了。回答完畢。希望沒有留下遺憾。

請允許我再把自行車行走的原理說一遍。車是腳踏板轉動,帶動後輪逆時針旋轉,使後輪接觸地面的部分向後,也就是向右(轉)動著。但是由於它接觸地面,地面給它一個方向向左的摩擦力,使後輪底部,也就是後輪與地面接觸的地方,不能向後(向右)轉過去、不能「動」了。於是,後輪上面(包括後輪轉軸)就向左移動了

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