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在地面上对脚蹬施力,车往哪边跑呢?

作者:未知来源:《高中物理学生实验》时间:2006-5-2 15:31:06阅读:
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  当你骑在自行车上对脚蹬施力,自如地奔驰在跑道上时,你有没有想过,如果你站在地面上,而不是坐在车座上,用手对脚蹬施力,车子会产生怎样的运动呢?下面的实验可以帮助你解决这个问题。

  让自行车前后轮着地,在撑脚或其他方法的帮助下使车立稳。用一根绳拴在一只脚蹬的轴上,且将这只脚蹬旋转至最下位置,然后用手向后方拉绳,并逐渐加大拉力,如图224所示。想一想,此时车子是向前运动,还是向后运动?再实践一下,看看你的想法是否正确?

  如果把脚蹬置于转轴上方,向前对脚蹬轴施力,或者使脚蹬处于转轴前方、后方,分别对脚蹬轴向下和向上施力,自行车将分别向哪个方向运动呢?也许有的人说向前,有的人说向后,有的人说不动,众说纷纷,究竟谁对谁错呢?还是让实践来检验。

  在实践中你会发现,如图224向后拉脚蹬轴时,如果用力不大,自行车将保持静止,当拉力大到一定的程度,自行车就将向后滑动。怎么解释这个现象呢?我们知道,作用在脚蹬轴上的拉力F可以产生两方面的效果:一是使车子产生向后的平动加速度;一是使车轮产生逆时针转动的角加速度,即可以把它的作用等效为通过质心的力F和使车轮转动的力距M,见图225。从车轮与地面的接触点来看,车轮上的这一点有向后运动的趋势,因此,地面将对车轮(包括前后轮在内)产生向前的静摩擦力,设每个车轮所受的静摩擦力为f,静摩擦力的大小随F而变,在一定范围内对2fF,并且它对车轮产生阻碍其转动的力距M′,M′=M。因此车子保持静止。当 外力F加大到车轮与地面间的静摩擦力的最大值以后,车轮就向后打滑。

  另外几种情况的分析方法与上面的类似,您能够自己分析一下吗?

 

选自:《高中物理课外实验》
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