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浅析自行车行进过程中的摩擦力作者：唐浩然来源：《科技风》2018年第01期摘要：本文对自行车行进过程中的摩擦力进行了分析；首先对自行车行进过程中整体受到的摩擦力进行了分析，之后分别详尽解析了后车轮和前车轮在行进过程中摩擦力所起到的作用；结果表明前轮摩擦力主要为阻力，后轮摩擦力相当于牵引力，可以将骑行者的体能转化为动能。
关键词：摩擦力分析；转动力矩；自行车中图分类号：O31 文献标识码：A高中物理知识中，力学知识和运动学知识可以被广泛用于日常生活问题的分析中。
实际生活中，物体在运动时不可避免的会在接触面上产生摩擦力，人们往往存在一种误解認为摩擦力总是作为阻力出现的，然而实际情况并非如此[1]。
自行车作为一种常见的代步工具，具有绿色无污染、方便快捷、不受城市路况限制等特点，因此受到了人们的普遍欢迎，自行车行进过程中会受到地面的摩擦力，但自行车前、后车轮的摩擦力所起到的作用是不同的[2]。
本文对自行车行进过程中的摩擦力进行了简要分析，在整体分析自行车摩擦力的基础上，分别对前后轮摩擦力所起的作用进行了阐述。
1 自行车行进时摩擦力的整体分析自行车与地面的接触点位于前轮和后轮上，在启动和行进中必然与地面之间产生摩擦力。
骑行者骑行时，通过脚蹬和车链条将力传导至后轮，后轮在F1和F2的共同作用下，相对于地面有了顺时针转动的趋势。
以地面为参照物，后轮与地面接触点A存在向后运动的趋势，那么后轮胎就会受到地面给它的向前的摩擦力fA。
可以看出后轮是自行车的主动轮。
与后轮相对，前轮作为自行车的从动轮，在主动轮产生的牵引力F作用下向前运动。
前轮与地面的接触点B相对于地面向前运动，因此后轮上产生的摩擦力fB方向向后。
可以看出自行车在行进过程中主要在前轮和后轮上与地面产生摩擦力，然而这两个摩擦力的作用不同。
对于后轮来说，如果地面光滑，后轮就会产生打滑现象，也就是说后轮在骑行者施加力时原地顺时针旋转。
而现实情况是地面存在一定的摩擦系数，fA会在后轮轴上产生一个旋转力矩，方向为逆时针旋转，这个旋转力矩的作用是骑行者施加于后轮轮轴的旋转力矩，这个力矩的方向是顺时针的，也就是说fA产生的力矩和骑行者施加的力矩共同作用，使得自行车运动，fA是自行车行进的牵引力。
单车脚踏原理
骑单车时前后轮的受力情况分析自行车在向前平稳行驶的过程中,人的双脚用力蹬脚蹬,使后轮转动。
这时轮胎和地面之间没有相对运动,这时的摩擦力可以看成是静摩擦力。
当后轮转动时,后轮和地面接触的地方,就相对于地面有向后运动的趋势, 所以后轮所受摩擦力的方向向前,为自行车提供向前运动的动力。
前轮原来的状态是静止的,由于车身的推动,使前轮相对于地面运动方向也向前,所以受到地面对它向后的滚动摩擦力。
因此,前轮是阻力轮,它受到向后的滚动摩擦力,阻碍车的运动;后轮是动力轮,它受到向前的静摩擦力,是自行车前进的动力。
当自行车加速运动时,自行车后轮为自行车的行驶提供动力,它所受的摩擦力向前。
同时前轮阻碍自行车的行驶,它所受的摩擦力向后。
因此,在自行车加速的过程中,自行车后轮的摩擦力大于前轮的摩擦力和其他阻力之和。
自行车自然进行减速时,人的脚停止蹬踏车轮,前轮和后轮同时受到向后的摩擦力,这时没有动力提供给自行车。
自行车由于只受到摩擦力的作用,根据牛顿第二定律,速度逐渐减小。
当自行车紧急刹车时,由于惯性人会感觉到身体有向前倾斜的趋势。
刹车时应尽量使用后刹车或前后同时刹车。
如果只使用前刹车,自行车的前轮停止运动,保持静止状
态,而此时自行车的后轮,还在保持转动状态,由于惯性的存在,自行车的后半部分还存在向前的运动趋势,就可能导致人和车由于有向前倾斜的趋势而翻车。
关于行进中的自行车轮与地面的摩擦阻力作者：黄雪兵谢艳花来源：《物理教学探讨》2009年第05期摘要：在进行有关摩擦力的教学时，有学生坚持认为滑动摩擦力和接触面积大小有关，并且还举例说自行车轮胎瘪了就很难骑。
这自然是由于他们没有很好区分滑动摩擦和滚动摩擦所致，但是细究起来却又有发现。
关键词：静摩擦；滚动摩擦；力矩中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2009)5(S)-0023-3根据高中教材，摩擦力一般分为三类，一类是滑动摩擦，一类是静摩擦，还有一类是滚动摩擦。
滑动摩擦和静摩擦都与接触面的相对运动或者相对运动趋势有关，是一种主要发生在接触面上的力，而滚动摩擦实质上却是一种发生在物体内部的内耗力，目前对滑动摩擦和静摩擦的研究相对成熟得多，而对滚动摩擦的研究还在进一步深入研究阶段，因此高中生一般学习滑动摩擦和静摩擦，而只介绍滚动摩擦。
然而，与生活相关联的一些事例却往往与滚动摩擦有关，所以有必要进行探讨。
这里将讨论自行车前轮和地面之间发生的摩擦阻力。
我们首先讨论前轮的情况。
1 静摩擦高中教材界定，在两个粗糙的接触面相互挤压的情况下，如果这两个接触面之间有相对运动趋势，那么这两个接触面间存在静摩擦力。
根据这一界定，我们可以很快得出结论，即行进中的自行车的前轮和地面之间存在静摩擦力。
第一，轮胎本身具有质量，当然，这也是一般高中学生所忽略的。
我们可以考虑自行车启动瞬间，前轮还没能转动起来，但是不论是轮胎上部还是轮胎下部接触地面的部分，轮胎跟随轴心已经获得一个向前运动的加速度a c。
由此可见，前轮和地面之间存在相对运动趋势，前轮也必将受到地面施加的静摩擦力，方向向后。
根据刚体定轴转动定律M=Jα，要使轮胎从静止开始转动起来，必须给它施加驱动力。
对于自行车前轮，这个驱动力就是地面给它施加的静摩擦力。
这个力与轮胎半径一起构成一个使轮胎转动的力矩。
若没有这个驱动力，前轮便不能转动起来。
从动轮和驱动轮在行驶的时候受到的力的作用效果不一样，从动轮受到的推力作用在轮子的轴线上，力的作用效果使轮子平动，如果地面绝对光滑，轮子就在地面上滑动，和地面接触的点相对于地面有向前运动的趋势，所以如果地面粗糙，受到的摩擦力向后，而且由于力的方向不通过轴心，所以拉动轮子转动驱动轮的轴由于驱动齿轮结构，驱动时受力的作用效果是使轮子转动，和地面接触的点相对于地面有向后运动的趋势，如果地面绝对光滑，轮子就会在原地打滑，如果地面粗糙，受到的摩擦力是向前的。
简单的说就像人的行走，奔跑用钉子鞋一样有向后“耙地”，所以受到的摩擦力向前。
最好分析的时候准备地排车轱辘，玩具四驱车结合实验最好！baidu搜索的解释：自行车与汽车相类似，当后轮吃到动力--自行车是用脚蹬踏脚板，汽车是靠发动机传来的动力，使后轮向前进方向转动，它们的轮子在与地面的接触处，相对于地面的运动方向是向后的，这样一来，地面对车轮产生了一个阻碍车轮向后滑动的而方向向前的摩察力，正因为有了这个摩察力，才使得自行车也好，汽车也好能够前进，如果你把车子的后轮填高让它离开地面，你用再大的劲去蹬踏板，后轮转得再欢，车子也不会前进半步，所以后轮受到的方向向前的摩擦力其实质是驱动车子前进的动力；那么前轮的情况如何呢？设想把前轮，用刹车制动，即不让它转，这样由于车身前进，它将跟车身一起向前滑动，于是前轮跟地面的接触点相对地面有向前滑动的趋势，这样的话，地面对前轮产生了一个阻碍车轮向前滑动的方向向后的摩擦力，也正因为前轮受到方向向后的摩擦力，所以前轮才转动了起来。
再有，一旦后轮的动力切除，后轮的情况变得跟前轮的情况一样，所受的摩擦力方向马上变成了向后，对这一点也应引起注意。
当被问起自行车在运动过程中，前后两轮受到的摩擦力方向如何时，有同学回答说两轮方向一致，且都向前，因为前后两轮转动方向一致，所以地面给它们的摩擦力都向前。
此话乍说觉得有道理，可实际分析起来却并非如此。
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自行车前进的科学知识
当人骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车与路面之间有摩擦，不过，要问自行车为何能前进?因为后轮给地面一个向后的摩擦力，根据物体间力的作用是相互的地面给后轮一个向前的摩擦力，这个摩擦力的方向是向前的，从而使自行车前进。
那前轮的摩擦力是干什么的?阻碍车的运动!其方向与自行车前进方向相反。
正是这两个力大小相等，方向相反，所以自行车作匀速运动。
不过，当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后。
那谁和这两个力平衡呢?脚对地面的摩擦力向前!
学习参考资料。
自行车前后轮所受摩擦力的方向作者：李志庄来源：《初中生世界·初二物理》2008年第04期同学们，当你骑自行车在大道上行驶时，你是否考虑过身下两轮上所受地面摩擦力的方向是否相同呢?可从下面三个角度回答这个问题.(1)从摩擦力的作用看摩擦力总是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势.如图1所示，当你用力蹬车时，后轮是主动轮，后轮与地面接触的Ａ点相对于地面有向后运动的趋势，所以地面给它的摩擦力方向是向前的.此力是静摩擦力，是使自行车前进的动力.而前轮则就不同了，前轮是从动轮.当后轮滚动使车身向前运动时，前轮的轴与车身连在一起，轴必定受到车身向前的推力作用，前轮跟地面接触的B点随车身一起都有向前运动的趋势，所以，前轮受的摩擦力是向后的，是滚动摩擦力，是自行车前进的阻力.(2)从力的作用的相互性看如图2所示，你看过这种情形吗?自行车在泥泞的地面行走时，你有时会觉得脚蹬得很快，车却行走很慢甚至不走.而水和泥沙被后轮甩向后方，说明后轮对地面的作用力是向后的.由于力的作用是相互的，因而，地面对后轮的作用力是向前的.(3)从力的作用效果看当用力蹬自行车悬空的后轮时，只见后轮快速旋转而自行车并不行走.由此可确信改变自行车的静止状态而使自行车向前行走的力，是地面施加给后轮的，因而后轮受到的摩擦力是向前的.由上面的分析知，当自行车在受到脚的蹬力运动时，前后轮所受摩擦力的方向是不同的.后轮所受摩擦力是动力，是我们需要的；而前轮所受摩擦力虽为阻力，但对人们也是必需的.我们就是通过控制车把而改变此力的方向，从而改变自行车的运动方向的；否则，自行车将因“勇往直前”而不能改变前进方向.当然，如果自行车开始运动后，人不再用力时，前后轮均变成了从动轮，此时前轮和后轮受的摩擦力均向后了.同学们也应知道，对于汽车这样的机动车，其情形与自行车相同.机动车主动轮与地面之间的静摩擦力就是人们常说的牵引力，且静摩擦力的大小随主动轮随地面之间相对运动趋势的增大而增大，同样情况下，最大静摩擦力大于滚动摩擦力.因而，司机可根据需要，通过控制系统使动力大于、等于或小于阻力，即实现机动车辆的加速与减速，再加上方向盘的作用，这些车辆能够实现“如意行”了.通过学习，同学们要破除“摩擦力总是有害”的观念.事实上，离开了摩擦力，我们有包括衣食住行在内的很多事情都不能做.我们应该认真探究、学习摩擦力的知识，知道增大有益摩擦和减小有害摩擦的方法，才能更好地利用摩擦力或更有效地防止摩擦力给我们带来的危害.注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
行车前后轮所受的摩擦力是高中物理教学的难点，例如：为什么后轮受到的是静摩擦力？为什么人骑自行车时后轮受到的摩擦力向前，而前轮受摩擦力向后呢?这些问题学生理解起来有一定的困难，我在教学中采取了以下几种方法来突破教学难点。
一、难点突破一如图人骑自行车时，后轮是主动论，后轮在链条带动下运动时，与地面接触点有向后运动趋势，所以受一个向前的摩擦力。
后轮运动推动前轮运动，假设地面光滑，前轮将不能转动。
而向前滑动，所以前轮与地面接触点有向前运动趋势，所受摩擦力的方向是向后的。
类似于人走路，蹬地后就离开地面，所以受到的是静摩擦力。
二、难点突破二（为什么是静摩擦）随着学生的学习深入，学生学习了运动的合成之后，我们可以根据运动的合成的原理分析自行车运动时所受到的摩擦力，方法如下：自行车前进时，车轮既平动又转动，且平动的速度与转动时边缘各点的线速度是相同的，地面A 点平动的速度向前，转动的速度向后，因此，对地面的合速度为0，也就是车轮与地面保持相对静止，所以它与地面的摩擦为静摩擦。
三、难点突破三（亲身体验）课堂教学强调学生的体验和探究，在教学中，我们可以让两名同学配合，两名同学一前一后，后面的同学脚蹬地推前面的同学（注意不要推动）然后互换，最后让两名同学交流，学生会有这样的体验：在后面推时感受到地面给脚的力是向前的，在前面时感觉到有往前运动的趋势，教师点拨，后面的人相当于后轮，前面的人相当于前轮。
四、课外探究1、打滑判断法寒冷的冬天，让自行车行驶在冰面上，由于冰的表面很光滑，车难以向前运动，而只是在原地打滑，我们发现车倾倒之前，只有后轮在原地打滑，而前轮并不旋转打滑。
可见，后轮是主动向后“蹭”地面，所以地面对后轮的摩擦力方向是向前；而前轮，除非当自行车向前运动时地面会“主动”去“蹭”前轮，才能使它转动，可以看出地面对前轮的摩擦力向后。
2、“杂技联想’’判断法杂技高手可以使前轮腾空，只靠后轮着地向前行驶，只要他一直踩踏板，车就会一直向前，甚至可以加速，可见地面对后轮的摩擦力是向前。
自行车上的摩擦力研究报告认识了摩擦力，探究了影响滑动摩擦力大小有两个因素，并知道增加有益摩擦和减小有害摩擦的方法。
摩擦力通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。
滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时，所受到的阻碍物体相对运动的力。
影响滑动摩擦力大小有两个因素： 1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关，接触面粗糙程度一定时，压力越大摩擦力越大。
2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大。
在日常生活中和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的。
我们总是要增大有益的摩擦，减小有害摩擦。
增大有益摩擦的方法有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
减小有害摩擦的方法有多种：1、减小接触面的粗糙程度来减小摩擦；2、用减小压力的方法来减小摩擦；3、利用滚动摩擦来减少摩擦；4、给某些部件加润滑剂；5使两个接触面彼此分开，如：气垫船、磁悬浮列车都是利用这种方法减小摩擦的。
生活中到处都有摩擦力，为了进一步了解摩擦力，锻炼自己理论联系实际能力，了解物理与实际生活的联系，我们对结构比较简单，应用比较广泛的自行车进行了研究。
研究方式：1、查阅教材进一部熟悉有关摩擦力的知识。
2、拆卸、观察自行车的结构。
找出与摩擦力有关的部分。
3、询问老师、家长和修车师傅有关自行车的一些问题。
4、亲自去骑不同类型的自行车，具体体会它的不同之处。
5、利用网络资源收集有关自行车的资料。
6、分组分析讨论，大家合作，形成实验报告。
研究内容：一、自行车上增大有益摩擦，减小有害摩擦的方法自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多。
自行车上增大有益摩擦的方法大抵有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
自行车很多地方都采用了第一种方法来增大摩擦-----增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的.例如：图1：自行车的把手做成有花纹的图2：自行车的踏脚有花纹图3：轮胎做有花纹自行车也有一些地方是采用第二种方法---增大压力的方法来增大摩擦，如：自行车上用来固定零件的螺丝和螺帽必须要悬紧，以增大压力，增大摩擦力，防止螺帽脱落（如图4）。
关于自行车轮与地面摩擦力的分析综下所述，无论自行车在正常行驶时或在制动时，路面对车轮的摩擦力都是有益的。
车轮与路面的接触处存在着摩擦力，但前、后轮的摩擦力所起的作用是不同的．人蹬车产生动力，传递给后轮，让后轮沿逆时针方向转动，如图所示．如果后轮与路面间无摩擦力的话，就如同后轮被悬空托起，后轮只是空转而不产生前进的动力；如果后轮与地面间有摩擦力存在，由车轮着地点与路面间的相对运动趋势可知，摩擦力f是向前的，它对车轮轴心产生顺时针方向的转矩，此转矩就驱使自行车向前运动，因此后轮是驱动轮．前轮如果不受摩擦力，则前轮只能跟着车身向前滑行，由于前轮受地面向后的摩擦力，如图所示，所以前轮才沿逆时针方向转动起来，虽是前进的阻力，但它的存在使前轮避免了拖滑的磨损，尤其是当前轮碰到小障碍物时，摩擦力将起着使车轮向上越过障碍物的作用．如图所示，当刹车后前后轮都停止转动，只是因惯性而向前滑行，这时前后轮的摩擦力都变成向后的阻力，有利于快速停车。
自行车摩擦力作文
哎呀呀，你们知道吗？自行车上可有好多神奇的摩擦力呢！嘿嘿。
每次我骑上自行车的时候呀，就感觉好有意思。
嘿呀，脚一蹬，自行车就往前跑啦。
其实呀，这都是摩擦力在帮忙呢！车轮和地面之间就有摩擦力呀，哈哈，如果没有这个摩擦力，那自行车可就没法往前走啦，会一直打滑呢，哎呀，那可就糟糕啦！
还有哦，自行车的刹车也靠摩擦力呢。
当我们要停下来的时候，就捏紧刹车，嘿呀，刹车片就和车轮紧紧地贴在一起，靠摩擦力让自行车停
下来啦。
不过有时候摩擦力也会带来一些小麻烦呢。
比如下雨的时候，地面湿湿的，摩擦力就会变小，哎呀，骑自行车就会有点危险呢，容易滑倒。
但是没关系呀，我们还是可以想办法克服这些小问题的。
嘿嘿，比如骑慢一点呀。
哎呀呀，自行车的摩擦力可真神奇呀！哈哈，让我们可以快乐地骑着自行车到处跑呢！。
关于自行车运动时的受力分析李得兆甘肃省庆阳市陇东中学高一（1）班（手机138****2229）指导老师：陈胜利（物理）摘要本文对人在骑自行车过程中不同状态分阶段进行了详细的受力分析，并根据理论力学的一些基本原理，分析了自行车在不同状态时车轮的受力特点。
自行车的五种状态：静止、启动、爬坡、下坡、刹车。
关键词物理建模自行车、车轮、分析、建议前言自行车是我们生活中最常见的交通工具之一，据统计中国大概有七亿辆自行车。
骑自行车是当下户外活动的热门交通方式，他不仅有益于身心健康，更体现了环保、自然的生活理念。
简单的自行车中含有许多的物理学知识，现在我们将对自行车做受力分析。
正文工作原理：在我们蹬脚踏时，我们的蹬力带动前齿轮转动。
前齿轮带动车链转动，车链又带动后齿轮转动，再由后齿轮带动后车轮转动。
后轮转动时，受到向前的摩擦力作用，推动自行车前进。
忽略空气阻力的条件下，人在骑自行车的过程中，其受力与运动状态在不同阶段下是不相同的：第一阶段，静止，人与车的重力与地面对车的支持力平衡；第二阶段，起动时，轮速大于车速，后轮是自行车前进的动力来源，所以后轮是主动轮。
在接触面，后轮相对地面向后运动，所以摩擦力向前，后轮和车会做加速运动。
前轮是从动轮，受到的摩擦力向后；第三阶段，匀速前进，匀速时，车受力平衡，人踩的力和和车轮与地面的摩擦力相互抵消。
后轮与地面相对向后运动，所以摩擦力向前。
前轮作为从动轮，摩擦力向后。
前后轮受到的摩擦力大小相等，方向相反；第四阶段，下坡，当骑行者不在踩踏板的时候，后轮的速度小于车速。
因此，后轮随车的向前运动而转动，两个轮子都变成了“从动轮”。
在接触面，后轮与地面相对向前运动，所以摩擦力方向向后，前轮摩擦力始终向后。
滑下过程中，前后轮摩擦力均向后，故整个车体所受的摩擦力为与运动方向相反的阻力；第五阶段，刹车，不同的刹车方式会产生不同现象：当需要紧急刹车时，如果刹车前闸，身体会受到猛烈的冲击。
若车速过快或车较轻，自行车还有可能猛甩一下。
