從物理學談自行車上的摩擦力

摘要：自行車是人們最常見的交通工具，自行車在前進過程中前輪受滾動摩擦力，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動狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：自行車；接地點；相對運動；摩擦力

自行車是城鄉(xiāng)最常見的交通工具，在高度的發(fā)達的大城市，自行車也被用于健身和休閑。那么自行車是靠什么向前運動的呢？有人說靠腳蹬，我們把自行車當做一個質(zhì)點，腳蹬只是使輪子轉(zhuǎn)動，為什么整個自行車向前運動呢？

實際上在用力蹬的時候，自行車只所以能向前運動是摩擦力起作用的緣故。

先假設(shè)整車原地不動，當人們用力蹬車時，腳蹬子帶動輪盤一起轉(zhuǎn)動，然后通過鏈條傳遞給后車輪，后輪變開始轉(zhuǎn)動，這時后輪胎的接地點要相對于地面向后運動。假若自行車跟地面沒摩擦，或者說摩擦力等于零。那么它就只能在原地轉(zhuǎn)動，就像汽車后輪打滑時汽車不能前進一樣，這種情況我們大都見過。

而正常情況下，車胎接地點與地面之間不可能無摩擦，當人用力蹬車時，輪胎要轉(zhuǎn)動，使接地點有相對于地面向后發(fā)生相對運動的趨勢，這時，輪胎接地點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與地面之間只有發(fā)生相對運動的趨勢而不會發(fā)生相對滑動，因此車胎受到的是靜摩擦力。如圖：

前輪在整車前進的過程中，是在地面上被動滾動的，就如同一個圓木在平面上滾動一樣，受到的是跟相對運動方向相反的滾動摩擦力，即方向向后的滾動摩擦力，它的作用是阻礙整車向前運動。

如果是剛起步，則F大于前輪的摩擦力和所有阻力之和，車子做加速運動，在平穩(wěn)的勻速運動狀態(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摩擦力是成對出現(xiàn)的，在輪胎接地點受到向前的靜摩擦力的同時，也給了地面一個向后的力，二者是一對作用力和反作用力，只是地球質(zhì)量太大了，受這么點兒的力不會有明顯的運動狀態(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在自行車勻速運動的時候，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，保持勻速運動，但不能說（蹬車的）力是維持自行車運動的原因。③力是改變自行車運動狀態(tài)的原因，起步時需用更大的力蹬車，使F大于各種阻力之和，車子不斷加速（由靜止到運動，運動狀態(tài)發(fā)生了改變）。

知識來源于生產(chǎn)實踐，學習知識目的也是為了更好地指導生產(chǎn)實踐活動，因此，我們要善于從生活和生產(chǎn)實踐中挖掘這樣的事例，引導學生把所學物理知識應(yīng)用到實際中去，這樣，既可以提高學生的學習興趣，還可以提高學生分析問題研究問題的能力，為使學生更好地學會研究性學習打下良好的基礎(chǔ)。

（南宮市職教中心）