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文檔簡(jiǎn)介
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(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(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦來減少摩擦;二是給某些部件加潤(rùn)滑劑來減少摩擦.(1)以滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦的部位和方法見下表.(2)自行車上也有通過給某些部件加潤(rùn)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(dòng)時(shí)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(huì)說這個(gè)問題太簡(jiǎn)單了,“因?yàn)槿擞昧Φ牛攒囅蚯斑M(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,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)針方向轉(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,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.那誰和這兩個(gè)力平衡呢?腳
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