独轮车匀速前进时,所受摩擦力方向如何？.pdfVIP

37卷第 9期 物 理 教 学 V0l_37NO．9 2015年 9月 PHYSICSTEACHING Sep．2015 独轮车匀速前进时， 所受摩擦力方向如何? 田 清 (江苏省扬州市邗江区蒋王中学 江苏 225126) 王伟 民 (太和县宫集镇中心学校 安徽 236652) 摘 要 从 自行车匀速直线运动 中，前后轮胎所受地面摩擦 的方 向入手 ，分析独轮车及其他机动车辆匀速前进时，主动 轮和从动轮所受地面摩擦力的情况 。 关键词 摩擦力 自行车 轮胎形变 滚动 文章编号 1002—0748(2015)9—0053 中图分类号 G633·7 文献标识码 B 对力是平衡力)，此时，如果说独轮车所受地面摩擦 一 、 从一个常见 的问题说起 力方向向前 ，那么 ，在这唯一水平外力 的作用下，车 例 1 人骑 自行车在水平地面上匀速前进 时， 应加速前进 ；若讲摩擦力方向向后 ，则独轮车应减速 前后轮胎所受地面的摩擦力方向各是怎样的? 向前运动，而现在独轮车是在匀速前进 ，既然前进 ， 这是一道在多种物理教辅资料的 “摩擦力”部分 就不可能不受地面的摩擦力。出现这种摩擦力方向 可以见到的题 目，而且答案也成 了众所周知 的 “定 无法定夺 的现象，说 明例 1解答 的分析思路存在问 式”—— 自行车匀速前进 时，后轮是驱动轮 ，在脚踏 题 。那么，问题究竟出在哪一环节呢? 板轮盘的带动下不停地用力 向后 “扒”地面 ，所 以会 我们有必要对在水平地面上滚动的圆形物体的 受到地面对轮胎向前的静摩擦力 ；而前轮是从动轮， 受力情况进行分析。 是在车身的推动下前进的，所以会受到地面的摩擦 水平地面上向前滚动 的圆形物体 ，之所以会受 阻力 ，方向向后 。 到地面的摩擦 阻力 ，是 因为物体和支撑面之间因相 该 “答案”看似滴水不漏 ，无懈可击 ，然而 ，若按 互挤压而发生形变——接触面的形变是产生滚动摩 此问题的解题思路，去分析另一道相关物理 问题，却 擦的原因之一。即使物体和地面都很坚硬 (比如石 会出现答案无法定夺的现象 。 磙在水泥路面上滚动)，这种形变也必须考虑 (此时， 例 2 人骑独轮车在水平地面上匀速前进 时， 形变量小 ，用 肉眼很难分辨出来 ，但是不能说没有形 轮胎所受地面的摩擦力方向是怎样 的? 变)，否则 ，如果接触面不发生形变 ，或者我们不考虑 跟例 1的研究对象相似 ，不同之处仅仅是由 “两 这种形变 ，那么 ，在水平面上 向前滚动的物体就不会 轮”的 自行车变成 了 “一轮”的独轮车 。人骑独轮车 受到地面的摩擦阻力 。 在水平地面匀速前进时，脚需要不停地用力蹬脚踏 如图 1所示 ，质量均匀 板 (否则 ，车将减速)，所以，轮胎也在不停地用力 向 的圆形物体置于水平地面 后 “扒”地面，因此 ，仿照例 1的解题思路 ，独轮车的 时，若物体和地面都未发生 轮胎应该受到地面 向前的摩擦力 。可是 ，换一个角 形变，则物体与地面相切，物 度去分析 ，答案并非如此 ，将人和车作为一个整体看 体所受的重力方向通过它与 待，即便人与车之间有力的作用 (骑车前进时，人在 地面的唯一接触点——切点 IH 用力蹬脚踏板