分析自行車上的摩擦力

1、    分析自行車上的摩擦力    魯明摩擦力是一種常見(jiàn)的力，當(dāng)兩物體相互接觸，相互擠壓，并做相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸面會(huì)產(chǎn)生一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，這個(gè)力叫摩擦力.在日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的.我們總是要增大有益摩擦，減小有害摩擦.下面就以自行車為例來(lái)加深對(duì)摩擦力的認(rèn)識(shí).一、自行車上的有益摩擦和有害摩擦自行車上的靜摩擦都是有益的.各部件的固定和安裝都要用到螺絲和螺帽，必須要把它們旋緊，主要目的就是增大部件之間的摩擦力.如前叉和龍頭的固定、連接鞍座在車架上固定、前后輪在車架上固定、腳蹬在曲柄鏈輪上固定等；后輪胎和地

2、面的摩擦也是靜摩擦，因?yàn)樗球?qū)使自行車前進(jìn)的力，所以它也是有益的摩擦力；剎車時(shí)剎皮和車輪之間的摩擦能有效地控制車子的行進(jìn)，所以它也是有益的.自行車上的動(dòng)摩擦都是有害的.如中軸、前車軸、后車軸、前叉合件、腳踏軸等部件，同時(shí)包括剎車把手，它們?cè)谵D(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中極易使部件磨損，造成傳動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)障礙，所以它們之間的摩擦是有害的.二、自行車上增大有益摩擦和減小有害摩擦的部位和方法1.自行車的種類很多，不管是哪種自行車，增大和減小摩擦的方法都差不多.自行車上增大有益摩擦的方法有兩種：一是增加接觸面的粗糙程度來(lái)增大摩擦；二是用增大壓力的方法來(lái)增大摩擦.（1）在自行車上有很多部位都是通過(guò)增大接觸面的粗糙程度來(lái)增大摩擦

3、的，具體見(jiàn)下表.（2）自行車也有一些地方是采用增大壓力的方法來(lái)增大摩擦的，具體見(jiàn)下表.2.自行車上減少有害摩擦的方法有兩種：一是利用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦來(lái)減少摩擦；二是給某些部件加潤(rùn)滑劑來(lái)減少摩擦.（1）以滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦的部位和方法見(jiàn)下表.（2）自行車上也有通過(guò)給某些部件加潤(rùn)滑劑的方法來(lái)減少摩擦的，比如在鏈條和軸承處.三、車輪所受的摩擦力方向1.腳蹬自行車啟動(dòng)時(shí)車輪所受的摩擦力方向如果問(wèn)自行車是怎樣前進(jìn)的？很多同學(xué)都會(huì)說(shuō)這個(gè)問(wèn)題太簡(jiǎn)單了，“因?yàn)槿擞昧Φ?，所以車向前進(jìn)”.實(shí)際上如果找一輛可以三點(diǎn)支撐的自行車（如圖1），支起它的后撐腳，用手搖動(dòng)腳踏使后輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，發(fā)現(xiàn)自行車是絲毫不前進(jìn)的.所

4、以自行車后輪還必須與地面接觸才能前進(jìn).那為什么后輪著地時(shí)蹬車車就能前進(jìn)呢？當(dāng)我們騎在自行車上時(shí)，由于人和自行車對(duì)地面有壓力，輪胎和地面之間不光滑，因此自行車與路面之間有摩擦力.那么這個(gè)摩擦力的方向是什么呢？這里結(jié)合圖示加以受力分析.首先，當(dāng)腳對(duì)腳蹬施加向下的作用力f時(shí)，鏈條帶動(dòng)飛輪向前（本文中是以向右為前，向左為后）轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)后輪沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，如圖2箭頭所示.此時(shí)后輪相對(duì)于地面有向后的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，如圖3的箭頭所示.根據(jù)靜摩擦力的方向與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，所以地面對(duì)后輪產(chǎn)生了向前的靜摩擦力f，從而推動(dòng)自行車能夠前進(jìn)，這就是自行車前進(jìn)的動(dòng)力，如圖4所示.所以我們把自行車的后輪稱為主動(dòng)

5、輪，而把前輪稱為從動(dòng)輪，是“被迫”旋轉(zhuǎn)的，起輔助行駛和輔助平衡的作用.那前輪此時(shí)是否受到摩擦力呢？答案是肯定的.因?yàn)榇藭r(shí)地面對(duì)后輪產(chǎn)生了向前的靜摩擦力，使自行車向前運(yùn)動(dòng)起來(lái)，此時(shí)前輪相對(duì)于地面向前滾動(dòng)，如圖5箭頭所示.而且地面又是粗糙的，所以前輪受到了地面的滾動(dòng)摩擦力.根據(jù)摩擦力的方向總是與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，所以地面對(duì)前輪產(chǎn)生的滾動(dòng)摩擦力f的方向是向后的.如圖6的箭頭所示.那么前輪所受滾動(dòng)摩擦力有什么用？是用來(lái)阻礙自行車的運(yùn)動(dòng)的，其方向與自行車前進(jìn)方向相反.正是這兩個(gè)力大小相等、方向相反，所以自行車能夠做勻速直線運(yùn)動(dòng).2.當(dāng)停止踏動(dòng)腳踏板時(shí)車輪所受的摩擦力方向當(dāng)停止踏動(dòng)腳踏板時(shí)，鏈條和外

6、套都不旋轉(zhuǎn)，但整輛自行車由于具有慣性仍然保持向前運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，此時(shí)前輪和后輪都相對(duì)于地面向前運(yùn)動(dòng)，如圖7箭頭所示.因此地面對(duì)前輪和后輪都產(chǎn)生向后的滾動(dòng)摩擦力f，如圖8箭頭所示.由于摩擦力的方向與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，根據(jù)力可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以自行車處于減速狀態(tài).3.剎車時(shí)車輪所受的摩擦力方向剎車時(shí)，剎皮與車圈間的摩擦力屬于滑動(dòng)摩擦力，阻礙后輪沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng).因?yàn)榻佑|面所受壓力越大，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力就越大.如果此時(shí)手握剎車把手壓力越大，剎皮對(duì)車圈的壓力就越大，產(chǎn)生的摩擦力也就越大，后輪就轉(zhuǎn)動(dòng)得越慢.如果完全剎死，這時(shí)后輪與地面之間的摩擦就變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦（原來(lái)為滾動(dòng)摩擦，方向向后），強(qiáng)大的滑動(dòng)摩擦力f的方向與自行車前進(jìn)方向相反（如圖9箭頭所示），阻礙了自行車的運(yùn)動(dòng)，使自行車迅速減速（或迅速停止運(yùn)動(dòng)）.4.人通過(guò)走路推動(dòng)自行車行駛時(shí)車輪所受的摩擦力方向當(dāng)人們?cè)诘厣贤谱孕熊嚽斑M(jìn)時(shí)，前輪和后輪的摩擦力方向都向后.示意圖如圖8所示.那誰(shuí)和這兩個(gè)力平衡呢？腳