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自行车是怎样加速运动和刹车的?

力是改变物体运动状态的原因,对物体系这力是指作用在物体系上的外力。运动是指质心的运动。入骑自行车时,人与车组成了一个物体系,人与车间、刹车橡皮块与车轮间的相互作用力都是内力,虽然它不会改变自行车的运动状态。那么是什么力使自行车(的质心)加速运动刹车的呢?这些内力在自行车加速运动与刹车时起了什么作用呢?

自行车行驶时,轮线上的点与地面连续更换接触。设某时刻A点出正好触地。由干A点是

整个轮子的一部分随车向前平动有一速度V1,同时A又绕轮轴转动而有一转动速度V2.且V2=ω*r.ω是轮转动的角速度,r是轮半径。显然v1和v2方向相反,如附图。轮缘A点的合速度V=V1-V2.自行车行驶过程中可能存在下面三种情况:第一,v1=0即车子无平动速度。此情况v=v2,车轮在原地转动。例如自行车在光滑冰面上,只见后轮转动而车子并不会向前运动;第二,v2:=0,则v=v1。轮子不转动只随车身向前平动。轮子打上滑时就是这种情况。此时车轮触地点A受路面向后的滑动摩擦力作用;第三、v1=v2,则v=v1-v2=0对车身整体来说自行车以速度vl做匀速直线运动,对车轮来说轮缘上点以速度v2匀速转动。此时融地点A相对地面无运动趋势;地面给车轮的摩擦力为零。设自行车在行驶过程中处于上述第三种情形。当要使自行车加速行驶时,用力踩脚踏板脚与踏板间的内力使后轮转动速度加快,使得轮缘触地点A的速度V2大整体平动的速度V1。这时V1-V2<0,A点将有对地向后滑动的趋势,路面给A点一个向前的静摩擦力fa,fa的方向与车子平动速度v1方向相同,使平动速度增大,这个静摩擦显然是外力,正是这个外力使自行车做加速运动的。

摘自《物理教学》

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