中学物理 Vo 1 . 2 7 No . 2 1 2 0 0 9年 1 1 月 一 个 常 见 问 题 的 讨 论 张 义 超 经常 见到这样 一个 问 题 : 正 常行 进 过程 中 自行车前后轮所受到地面对其的摩擦力的方向 是 怎样 的? 答案是 后轮受 的摩 擦 力 向 前 , 前 轮 受 的摩 擦力 向后 . 解释 为后轮 是 主动轮 , 与地 面接触 的 点相 对 于地 面有 向后 滑的趋 势( 假设 地 面光滑 , 接触 点将相 对 于地面 向后滑 ) , 所 以受到 地面 的 轮向前滚动时 , 接触处前方的支承面隆起, 而使 支承面作用于车轮的合弹力 N 的作用点 0 从 最低 点 向前 移 . 静 摩擦 力 厂 也 作用 于0点 . 后轮 . 受力如图 1 所示( 合弹力 N 垂直于接触面指向 转轴 , 摩 擦力 . 厂因阻碍转 动而 向前 ) , 车轮绕 0 点滚 动 , 脚蹬 产生 的力矩 M 为顺时针 , 重力 产 生 的力 矩 M 为逆 时针 , 转轴 受 到支 架 向后 的 静摩擦力向前 ; 而前轮是从动轮 , 在后轮的推动 下前进 , 有相对 于地 面 向前滑 的趋势 ( 假设 地面 光滑, 接触 点 将相 对 于地 面 向前滑 ) , 所 以受 到 地 面 的静 摩擦 力 向后 . 因 自行 车匀速行 驶 , 前 轮 受 到 的摩擦 力 对 于整 车 而 言是 阻 力 , 后 轮受 到 的摩擦 力对 于 整 车而 言 是 动力 . 所 以受 到 的摩 作用力 F产生的力矩 M3 为逆时针, 地面的支 持力 N和摩擦力. 厂 均通过0点 , 力矩为零 . 当合 力矩 M 1 +M 2 +M 3= 0时 , 车轮匀 速滚动 . 擦 力 的合 力为零 . 为 了更 能说 明问题 , 还 拿人走 路 的例子 类 比 , 后脚 向后蹬 地 , 受摩 擦 力 向前 ; 前脚 向前蹬 地 , 受 摩擦 力 向后 . 图1 图2 此种解释看起来很合理, 但有一个例子就 不好 解 释 . 那 就是 杂技 演 员 骑 的独 轮 车匀 速前 进时, 车轮 受的摩擦 力应 该 向哪 呢? 四轮驱 动 的 汽车 车轮 受 的摩 擦力 又 是 怎样 的呢 ? 总 不 能都 向前 吧 ! 否则 汽车怎 么会 匀速前 进 呢? 类 比人走 路也不合理 , 车轮没有离地 , 而人脚不离地是无 法 走路 的 . 那 么问题 到底 出 在 哪里 呢 ? 自行 车轮 受 的 前轮 受力 如 图 2 所示 , 车轮绕 0 点滚动 , 转 轴受到支架向前的作用力 F 产生的力矩M。 为 顺 时针 , 重 力产生 的力 矩 ^ 为 逆时 针 , 地面 的 支 持力 N 和摩 擦力厂的力矩仍 然为零 . ( 摩擦 力 ,因促使车轮转动而向后) , 当合力矩 M。 +M = 0时 , 车 轮匀速 滚动 . 杂技演 员 骑 的 独 轮 车 和 自行 车 的后 轮 相 比, 只是少 了支架 向后 的作用 力 , 其 他 力相 同 , 摩擦 力 又应 该 如何 解 释 呢? 其 实错 误 的根 本 原 因就在于车轮受的摩擦力是滚动摩擦力 , 而不 是静摩擦力 , 所以根本无法用静摩擦力 的方向 来解释. 因滚动摩擦力高中物理没有提到, 在这 里只是简单分析一下. 当车轮在粗糙 的平面上滚 动时, 由于车轮 与平 面 接触 处 产生 形 变 , 车 轮受 重 力 作用 而 陷 入支承面, 同时车轮本身也受压缩而变形 , 当车 当合力矩 M. +ME :0 时, 车轮匀速滚动. 四轮 驱动的汽车受力与其相似. 综上所述 , 自 行车后轮受到的摩擦力向前 , 前 轮受 到的摩 擦 力 向后 , ( 地 面 的支 持 力 N 有 向后的分力) , 但是摩擦力对车轮滚动来说既不 是 动力 , 也不 是阻力 , 只是使 车轮 滚动 的原 因 . 【 作者单位: ( 2 7 7 5 0 0 ) 山东省滕州一中】 ? 5 3 ?