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剖析車輪與地面的摩擦力方向

更新時間2019-11-07 10:09:26  點擊次數:1733次

自行車、拖拉機、汽車等交通工具在地面上行駛時,牽引力來自于哪里?這是同學們感到很頭痛的一個問題。這些交通工具在路面上行駛時,并不需要在前面用一個東西來拉或在車后用一個東西來推(車子出故障時例外)。 那么,它們的牽引力到底來自于哪里呢?下面我們一起來做一個實驗。

實驗器材:一輛裝有電池的電動玩具車,一些細河砂。

實驗過程:①在水平桌面上用河砂鋪一條長30cm、寬20cm、厚1mm左右的道路。②將電動玩具車的電源打開,這時車的后輪就轉動起來了(沿順時針方向)。③用手拿著玩具車,先讓車的后輪與路面接觸,這時同學們便可看到與后輪接觸的路面上的砂粒會不斷向后面飛濺(如上圖1所示),不一會兒,砂粒就在輪子后面堆積了一個小山包,而輪子與路面的接觸處卻被刨下一個坑。④用手拿著小車,使其前輪與地面接觸,用力向前推動小車(由于前輪本身不會轉動),這時雖能看到前輪會轉動,但發現與前輪接觸處的砂粒被推向了前方,同樣形成了比其它地方高的砂堆(如上圖2的B處所示)。

現象分析:在圖1中,由于與后輪接觸處的砂粒往后運動,說明后輪的接觸處是向后推動砂粒(路面)的。根據物體間力的作用是相互的,砂粒(路面)就向前推動輪子的接觸處,故后輪受到地面的摩擦是向前的,這個摩擦力就是我們平常所說的車子的牽引力。在圖2中,由于前輪將接觸處的的砂粒往前推,說明前輪是向前推路面,所以,路面就一定是向后推前輪(即地面對前輪的摩擦力是向后的),因而前輪也就沿順時針方向轉動了。

可見,小車在地面上行駛時,前輪受的摩擦力是向后的(是阻力),而后輪受到地面的摩擦力是向前的(是動力),也就是車子的牽引力。

如果我們不開動玩具車的電源,而直接用手推動車子在砂面上運動,這時會看到前、后輪都將接觸處的砂粒往前推(如圖3所示),使得輪子前面的砂粒高于其它地方。這時,小車前、后輪受到地面的摩擦都是向后的。

由此可見,當車輪在沒有外力(指發動機、電動機或其它動力帶動)驅使它轉動時,所受地面的摩擦都是向后的,都是阻力。比如人推著自行車行走、在路面上滑行的汽車,前、后輪受到地面的摩擦力都是向后的;當人騎著自行車向前行駛(后輪驅動)、或汽車啟動正常行駛(后輪驅動),前輪受的摩擦力都向后,后輪受到地面的摩擦力都向前,而拖拉機(6個輪子)在行駛時,只有中間的那兩個大輪子受地面的摩擦才是向前的,其余4個輪子受的摩擦都是向后的。特別值得注意的是,有些汽車(賽車)現在是采用四輪驅動的,所以,在行駛中每個輪子所受地面的摩擦都是向前的,即都是動力。

(編輯:admini)
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