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的力，當(dāng)兩物體相互接觸，相互擠壓，并做相對運(yùn)動或者有相對運(yùn)動趨勢時，在接觸面會產(chǎn)生一種阻礙相對運(yùn)動的力，這個力叫摩擦力.在日常生活和生產(chǎn)活動中，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加深對摩擦力的認(rèn)識.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，同時包括剎車把手，它們在轉(zhuǎn)動過程中極易使部件磨損，造成傳動或轉(zhuǎn)動障礙，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增大摩擦；二是用增大壓力的方法來增大摩擦.（1）在自行車上有很多部位都是通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦

3、的，具體見下表.（2）自行車也有一些地方是采用增大壓力的方法來增大摩擦的，具體見下表.2.自行車上減少有害摩擦的方法有兩種：一是利用滾動摩擦代替滑動摩擦來減少摩擦；二是給某些部件加潤滑劑來減少摩擦.（1）以滾動摩擦代替滑動摩擦的部位和方法見下表.（2）自行車上也有通過給某些部件加潤滑劑的方法來減少摩擦的，比如在鏈條和軸承處.三、車輪所受的摩擦力方向1.腳蹬自行車啟動時車輪所受的摩擦力方向如果問自行車是怎樣前進(jìn)的？很多同學(xué)都會說這個問題太簡單了，“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，用手搖動腳踏使后輪轉(zhuǎn)動起來，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蹬車車就能前進(jìn)呢？當(dāng)我們騎在自行車上時，由于人和自行車對地面有壓力，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)腳對腳蹬施加向下的作用力f時，鏈條帶動飛輪向前（本文中是以向右為前，向左為后）轉(zhuǎn)動，從而帶動后輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動，如圖2箭頭所示.此時后輪相對于地面有向后的運(yùn)動趨勢，如圖3的箭頭所示.根據(jù)靜摩擦力的方向與物體的相對運(yùn)動趨勢方向相反，所以地面對后輪產(chǎn)生了向前的靜摩擦力f，從而推動自行車能夠前進(jìn)，這就是自行車前進(jìn)的動力，如圖4所示.所以我們把自行車的后輪稱為主動

5、輪，而把前輪稱為從動輪，是“被迫”旋轉(zhuǎn)的，起輔助行駛和輔助平衡的作用.那前輪此時是否受到摩擦力呢？答案是肯定的.因?yàn)榇藭r地面對后輪產(chǎn)生了向前的靜摩擦力，使自行車向前運(yùn)動起來，此時前輪相對于地面向前滾動，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摩擦力.根據(jù)摩擦力的方向總是與物體的相對運(yùn)動方向相反，所以地面對前輪產(chǎn)生的滾動摩擦力f的方向是向后的.如圖6的箭頭所示.那么前輪所受滾動摩擦力有什么用？是用來阻礙自行車的運(yùn)動的，其方向與自行車前進(jìn)方向相反.正是這兩個力大小相等、方向相反，所以自行車能夠做勻速直線運(yùn)動.2.當(dāng)停止踏動腳踏板時車輪所受的摩擦力方向當(dāng)停止踏動腳踏板時，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)動的狀態(tài)，此時前輪和后輪都相對于地面向前運(yùn)動，如圖7箭頭所示.因此地面對前輪和后輪都產(chǎn)生向后的滾動摩擦力f，如圖8箭頭所示.由于摩擦力的方向與物體的相對運(yùn)動方向相反，根據(jù)力可以改變物體的運(yùn)動狀態(tài)，所以自行車處于減速狀態(tài).3.剎車時車輪所受的摩擦力方向剎車時，剎皮與車圈間的摩擦力屬于滑動摩擦力，阻礙后輪沿順時針轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動.因?yàn)榻佑|面所受壓力越大，接觸面越粗糙，滑動摩擦力就越大.如果此時手握剎車把手壓力越大，剎皮對車圈的壓力就越大，產(chǎn)生的摩擦力也就越大，后輪就轉(zhuǎn)動得越慢.如果完全剎死，這時后輪與地面之間的摩擦就變?yōu)榛瑒幽Σ粒ㄔ瓉頌闈L動摩擦，方向向后），強(qiáng)大的滑動摩擦力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，使自行車迅速減速（或迅速停止運(yùn)動）.4.人通過走路推動自行車行駛時車輪所受的摩擦力方向當(dāng)人們在地上推自行車前進(jìn)時，前輪和后輪的摩擦力方向都向后.示意圖如圖8所示.那誰和這兩個力平衡呢？腳