自行车轮胎蹩的时候为什么骑起来费力?

2020-06-02 汽车 136阅读

这是个好问题回答起来会比较复杂,不能简单的说摩擦力变大了,这样说是错误的,不光是因为摩擦力公式是F=uN,这个滑动摩擦力公式放在这里也不近理想,比较准确的回答是:

“由于自行车轮胎变瘪以后,它的形状变得不圆了,这使得它的滚动阻碍变得比原来圆的时候更大了。”

之所以这里用滚动阻碍而没有用滚动摩擦力,是因为后者的计算是很笼统的。下面给出一些详细的解释,让你理解为什么圆形滚动起来比较容易。


首先,我们来看一下物体的滚动。以正方体为例,如下图所示,设重力为G,重心到瞬心O的距离为 e,在外力 P作用下发生滚动。显然,G·e是滚动的阻力。


随着物体的滚动,e 逐渐缩小;G·e 也随着一同减小。当G与N共线时 G·e 为零,越过共线点,-e的绝对值逐渐增大,Ⅰ- G·eⅠ 也随着一同增大;此时无须外力 P作用,物体便能自行滚动至稳态。我们把阻力矩从最大值 G·e 到最大值Ⅰ- G·eⅠ 称为一个力矩周期。在这个周期内,G·e 由最大阻碍作用变为最大动力作用,折而重新为阻力,开始下一个力矩周期。


这种由物体重力引起的滑动阻碍作用和滚动阻碍作用大小的比较来看,多数场合滚动阻碍作用要显得大些, 但圆形体的滚动阻碍作用却很小。这是因为圆形体特有的几何形状所造成的。通常我们讲的滚动多是指圆形体的滚动。下边我们看一下圆形体的滚阻力矩:



如图上所示,如果增加正方体的棱边我们会发现 ,e随着棱边个数n的增加而减小,从而导致G·e的初始值减小,力矩变化周期也随之缩短。当n趋于无穷大时,这个正多棱体趋于圆。此时,由于圆周上各点到圆心的距离相等,-e现象消失;力矩G·e趋于一常量,并且,在滚动中始终维持在滚动前的临界状态。这个常量就是圆形体的滚动阻力。比较起来,这个圆形体G·e的阻碍作用要比滑动时由摩擦引起的阻碍作用小得多。

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