從物理學(xué)談自行車上的摩擦力

摘要：自行車是人們最常見(jiàn)的交通工具，自行車在前進(jìn)過(guò)程中前輪受滾動(dòng)摩擦力，方向向后；后輪受向前的靜摩擦力，他們和空氣阻力等一起使自行車保持或改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：自行車；接地點(diǎn)；相對(duì)運(yùn)動(dòng)；摩擦力

自行車是城鄉(xiāng)最常見(jiàn)的交通工具，在高度的發(fā)達(dá)的大城市，自行車也被用于健身和休閑。那么自行車是靠什么向前運(yùn)動(dòng)的呢？有人說(shuō)靠腳蹬，我們把自行車當(dāng)做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，腳蹬只是使輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，為什么整個(gè)自行車向前運(yùn)動(dòng)呢？

實(shí)際上在用力蹬的時(shí)候，自行車只所以能向前運(yùn)動(dòng)是摩擦力起作用的緣故。

先假設(shè)整車原地不動(dòng)，當(dāng)人們用力蹬車時(shí)，腳蹬子帶動(dòng)輪盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)鏈條傳遞給后車輪，后輪變開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)后輪胎的接地點(diǎn)要相對(duì)于地面向后運(yùn)動(dòng)。假若自行車跟地面沒(méi)摩擦，或者說(shuō)摩擦力等于零。那么它就只能在原地轉(zhuǎn)動(dòng)，就像汽車后輪打滑時(shí)汽車不能前進(jìn)一樣，這種情況我們大都見(jiàn)過(guò)。

而正常情況下，車胎接地點(diǎn)與地面之間不可能無(wú)摩擦，當(dāng)人用力蹬車時(shí)，輪胎要轉(zhuǎn)動(dòng)，使接地點(diǎn)有相對(duì)于地面向后發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，這時(shí)，輪胎接地點(diǎn)受到地面所提供的向前的摩擦力，正常情況下自行車后胎接地點(diǎn)與地面之間只有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)而不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，因此車胎受到的是靜摩擦力。如圖：

前輪在整車前進(jìn)的過(guò)程中，是在地面上被動(dòng)滾動(dòng)的，就如同一個(gè)圓木在平面上滾動(dòng)一樣，受到的是跟相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反的滾動(dòng)摩擦力，即方向向后的滾動(dòng)摩擦力，它的作用是阻礙整車向前運(yùn)動(dòng)。

如果是剛起步，則F大于前輪的摩擦力和所有阻力之和，車子做加速運(yùn)動(dòng)，在平穩(wěn)的勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，則F等于前輪的摩擦力和所有阻力之和。

還應(yīng)該明確：①摩擦力是成對(duì)出現(xiàn)的，在輪胎接地點(diǎn)受到向前的靜摩擦力的同時(shí)，也給了地面一個(gè)向后的力，二者是一對(duì)作用力和反作用力，只是地球質(zhì)量太大了，受這么點(diǎn)兒的力不會(huì)有明顯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，并且地面受的這種力因數(shù)量多而方向各不同，也就相互抵消了，前輪也一樣。②在自行車勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，人仍在用力蹬車。是為了克服各種阻力，使車在水平方向受到的各種力的和為零，保持勻速運(yùn)動(dòng)，但不能說(shuō)（蹬車的）力是維持自行車運(yùn)動(dòng)的原因。③力是改變自行車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，起步時(shí)需用更大的力蹬車，使F大于各種阻力之和，車子不斷加速（由靜止到運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變）。

知識(shí)來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐，學(xué)習(xí)知識(shí)目的也是為了更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，因此，我們要善于從生活和生產(chǎn)實(shí)踐中挖掘這樣的事例，引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)物理知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中去，這樣，既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以提高學(xué)生分析問(wèn)題研究問(wèn)題的能力，為使學(xué)生更好地學(xué)會(huì)研究性學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

（南宮市職教中心）