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剖析车轮与地面的摩擦力方向

更新时间2019-11-07 10:09:26  点击次数:664次

自行车、拖拉机、汽车等交通工具在地面上行驶时,牵引力来自于哪里?这是同学们感到很头痛的一个问题。这些交通工具在路面上行驶时,并不需要在前面用一个东西来拉或在车后用一个东西来推(车子出故障时例外)。 那么,它们的牵引力到底来自于哪里呢?下面我们一起来做一个实验。

实验器材:一辆装有电池的电动玩具车,一些细河砂。

实验过程:①在水平桌面上用河砂铺一条长30cm、宽20cm、厚1mm左右的道路。②将电动玩具车的电源打开,这时车的后轮就转动起来了(沿顺时针方向)。③用手拿着玩具车,先让车的后轮与路面接触,这时同学们便可看到与后轮接触的路面上的砂粒会不断向后面飞溅(如上图1所示),不一会儿,砂粒就在轮子后面堆积了一个小山包,而轮子与路面的接触处却被刨下一个坑。④用手拿着小车,使其前轮与地面接触,用力向前推动小车(由于前轮本身不会转动),这时虽能看到前轮会转动,但发现与前轮接触处的砂粒被推向了前方,同样形成了比其它地方高的砂堆(如上图2的B处所示)。

现象分析:在图1中,由于与后轮接触处的砂粒往后运动,说明后轮的接触处是向后推动砂粒(路面)的。根据物体间力的作用是相互的,砂粒(路面)就向前推动轮子的接触处,故后轮受到地面的摩擦是向前的,这个摩擦力就是我们平常所说的车子的牵引力。在图2中,由于前轮将接触处的的砂粒往前推,说明前轮是向前推路面,所以,路面就一定是向后推前轮(即地面对前轮的摩擦力是向后的),因而前轮也就沿顺时针方向转动了。

可见,小车在地面上行驶时,前轮受的摩擦力是向后的(是阻力),而后轮受到地面的摩擦力是向前的(是动力),也就是车子的牵引力。

如果我们不开动玩具车的电源,而直接用手推动车子在砂面上运动,这时会看到前、后轮都将接触处的砂粒往前推(如图3所示),使得轮子前面的砂粒高于其它地方。这时,小车前、后轮受到地面的摩擦都是向后的。

由此可见,当车轮在没有外力(指发动机、电动机或其它动力带动)驱使它转动时,所受地面的摩擦都是向后的,都是阻力。比如人推着自行车行走、在路面上滑行的汽车,前、后轮受到地面的摩擦力都是向后的;当人骑着自行车向前行驶(后轮驱动)、或汽车启动正常行驶(后轮驱动),前轮受的摩擦力都向后,后轮受到地面的摩擦力都向前,而拖拉机(6个轮子)在行驶时,只有中间的那两个大轮子受地面的摩擦才是向前的,其余4个轮子受的摩擦都是向后的。特别值得注意的是,有些汽车(赛车)现在是采用四轮驱动的,所以,在行驶中每个轮子所受地面的摩擦都是向前的,即都是动力。

(编辑:admini)