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力學 標題:腳踏車兩輪摩擦力方向
1:楊琳(國中)張貼:2007-08-17 19:56:19:

請問腳踏車兩個輪子的摩擦力方向為什麼不一樣呢........

兩個輪子都向前.不是嗎....

想了很久.一直想不出來........ 請大家幫幫忙.....



[ 這篇文章被編輯過: 楊琳 在 2007-08-17 19:58:32 ]
2:黃福坤(研究所)張貼:2007-08-17 20:45:24: [回應上一篇]
本網站有一個動畫就是談這個問題 汽車行進時前後輪所受到摩擦力方向?
比較兩輪 有一個是主動轉動 一個是被動跟著轉
你寫得很簡潔 所以我也回得很簡潔


3:蠍心榮譽點數22點 (大學理工科系)張貼:2007-08-17 21:38:31: [回應第1篇] ,本留言獲[]給賞金共 1 點

其實,這仔細想想都可以明白的,生活中的物理這東西就是這樣。

 

腳帶動的是後輪,後輪摩擦力向前這妳可以理解。

 

而這時候來討論前輪...

前輪是受到...腳踩踏板的力→鍊子帶動齒輪→後輪向後推而產生向前的摩擦力,因而帶動腳踏車整體向前。

但這時候前輪,原本他未受力時不應該有任何力矩產生轉動,

因為前輪和後輪不同的地方,在於後輪是輪子轉動而前進,但前輪是力讓輪子"前進"才"轉動"

 

仔細想想前進和轉動有什麼不一樣,其實這時候可以分很多種方法討論

 

可以說,前輪因為是整體前進,所以不管輪子,摩擦力為向後

或是說,前輪前進時,因為有向後的摩擦力,才能讓輪子轉動,因而讓整題能夠繼續向前。

.....

 

試試看用自己的語言解釋自己的問題,這才是物理好玩的地方啊!!


4:楊琳(國中)張貼:2007-08-18 19:46:06: [回應上一篇]

腳帶動的是後輪,後輪摩擦力向前這妳可以理解。

對不起...我不太了解啥意思...

因為我覺得兩輪應該是一起滾的啊....

後輪摩擦力怎會向前呢...

我只剩後輪的部分不懂了~

拜託   謝謝~


5:BeeGees榮譽點數61點(高中/職)張貼:2007-08-18 20:17:03: [回應上一篇]
Quote:
在 2007-08-18 19:46:06, 楊琳 寫了:

腳帶動的是後輪,後輪摩擦力向前這妳可以理解。

對不起...我不太了解啥意思...


楊同學,你假想一個嬰兒在地上爬,是不是手、腳先要把地板向後推?但是對地板來說,等於是把嬰兒的手、腳推向前,嬰兒才能前進,是不是這樣呢?「後輪摩擦力向前」就是這個意思。

Quote:
在 2007-08-18 19:46:06, 楊琳 寫了:

因為我覺得兩輪應該是一起滾的啊....


那是你的錯覺,其實是有分先後的。後輪一動,前輪馬上也跟著動了。

 


6:黃福坤(研究所)張貼:2007-08-18 20:58:27: [回應第4篇]
腳帶動後輪 後輪接觸地面的點 試圖往前還是往後運動呢?
那後輪摩擦力方向是否和試圖改變的運動方向相反呢?
所以應該是向前還是向後?


7:楊琳(國中)張貼:2007-08-18 21:54:58: [回應上一篇]

腳帶動後輪 後輪接觸地面的點 試圖往前還是往後運動呢?

往後


那後輪摩擦力方向是否和試圖改變的運動方向相反呢?


所以應該是向前還是向後?

往前

如果以上沒有錯的話

謝謝各位

我已經了解了

你們的例子真了的很棒

謝謝...  ^///^   ~  ~

ps.我的反應有些慢.如造成大家困擾.敬請原諒..(我真的很想了解嘛...)

再次感謝


8:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-09 23:23:10: [回應上一篇]

汽車行進時前後輪所受到摩擦力方向?

我認為這圖有誤

如果摩擦力=0 輪子是滑動要讓輪子滾動摩擦力方向往後

阻止輪子滑動是摩擦力摩擦力讓輪子滾動

阻止輪子繼續滾動是粗慥度與空氣阻力

所以我認為這圖有誤腳帶動後輪摩擦力依然向後前輪驅動汽車前輪摩擦力依然向後



[ 這篇文章被編輯過: ox 在 2007-10-09 23:27:23 ]
9:黃福坤(研究所)張貼:2007-10-10 01:09:33: [回應上一篇]
摩擦力是兩者之間的交互作用 請說清楚你以上所說摩擦力是指輪胎給地面的作用力
還是指地面給輪胎的作用力
一步步來討論 之後再談前後輪是否有差異!


10:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-10 16:16:59: [回應上一篇]

在輪子上施個力矩
如果摩擦力=0  輪子是滑動
有摩擦力才會讓輪子滾動
輪子要滾動    摩擦力向後

設地面與輪子是理想剛體 不變形
輪子會無限在滾動
地面摩擦力有助輪子滾動
這就是滾動比滑動省力原因

這圖
汽車前輪摩擦力怎會向前

輪子向前阻力是 地面與輪子不是理想剛體
輪子或地面會凹陷
或是碰到凸起物
亦或輪子 或地面有黏力
或是軸有摩擦力
才會消耗輪子前進的動能


11:黃福坤(研究所)張貼:2007-10-10 16:46:22: [回應上一篇]
對汽車而言 所受向前進的推力來自於 輪胎受引擎推動 對地面向後施力 所引起地面對汽車所施加向前的反作用力 而使得汽車具有向前的推動力
考慮實際狀況 輪胎接觸點非單一 會另有向後的摩擦 但這是阻力的部分 若汽車能往前走
則往前的推力 應該大於或等於此推力



12:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-11 00:01:01: [回應上一篇]

黃老師
只有滑動摩擦力才向前

地面摩擦力有助輪子滾動
這就是滾動比滑動省力原因

 這樣思考好了
前輪為什麼會滾動
是地面摩擦力給輪子施向後力矩

摩擦力向前會產生滑動


滑動才會摩擦力向前
做負功

修正
滑動
摩擦力同樣向後
做負功
只是向量總合

滾動
摩擦力同樣向後
但是 變成力矩


13:黃福坤(研究所)張貼:2007-10-11 01:08:47: [回應上一篇]
我們回到更基本的問題:

請問人走路時 地面給人的摩擦力是向前還是向後?
同樣的 車子所受的外力 是 地面給予的摩擦力 與 空氣向後的阻力
若地面給予車子的摩擦力 也是向後 那車子如何往前加速?


14:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2007-10-11 14:35:48: [回應第10篇]
Quote:
在 2007-10-10 16:16:59, ox 寫了:

在輪子上施個力矩 如果摩擦力=0  輪子是滑動有摩擦力才會讓輪子滾動輪子要滾動   


不好意思 打擾兩位的討論了

但是忍不住想提醒一下

在輪子上施個力矩 如果摩擦力=0  這應該是空轉才對 不會滑動

建議ox網友請仔細想想車子是如何被移動的呢

從零開始思考才能找出關鍵


15:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-11 22:51:50: [回應上一篇]

黃老師

1.摩擦力跟你施力方向相反
假如輪子不滾動 是滑動 摩擦力施力方向相反
施力往前 摩擦力向後
現在車輪子是滾動
與地面間 摩擦力 是否還是向後

分析
車子啟動時
輪子尚無法滾動
不是摩擦力向前關係
其實實際 摩擦力 還是向後
有助輪子滾動

車輪由於慣性
與輪子或地面會凹陷
或是碰到凸起物
亦或輪子 或地面有黏力
或是軸有摩擦力
的關係

依據力矩總合 摩擦力向前是否合理
這Java圖
加速度越大 摩擦力向前越大 是否合理
從靜摩擦力到動摩擦力 有個凸起曲線
不是線性

2.走路時 是滑動 施力向後 摩擦力向前

3.loge
有關
輪子上施個力矩 如果摩擦力=0  這應該是空轉才對 不會滑動
牛頓第一定律
動者恆動  滑動
靜者恆靜  空轉


16:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2007-10-11 23:10:24: [回應上一篇]
Quote:
在 2007-10-11 22:51:50, ox 寫了:

3.loge 有關輪子上施個力矩 如果摩擦力=0  這應該是空轉才對 不會滑動牛頓第一定律動者恆動  滑動靜者恆靜  空轉


我說過了 由靜止開始討論

如何讓車子移動的?

他原本靜止 只是輪子轉動怎麼移動的 磨差力怎麼施力的

妳說的滑動已經在 煞車 狀態了



[ 這篇文章被編輯過: loge 在 2007-10-11 23:13:45 ]
17:黃福坤(研究所)張貼:2007-10-11 23:20:26: [回應第15篇]
車子前進的過程 與外界的作用 可能有空氣阻力 另一個(外力)作用力來源是與地面的摩擦力

因此車子 若能向前加速 外力必然是向前 (牛頓定律) 而向前的作用力來源 僅有摩擦
因此地面給車子驅動輪的摩擦力 是向前的. 也因此加速度愈大 摩擦力也愈大
這是最基本的 力圖分析 (先確定系統  內力會完全抵銷 因此只要計算外力 以處理物體的運動狀態改變)

其實正如我之前已經指出 摩擦力其實是車輪與地面之間的交互作用力
這代表 有兩個力 一個是車輪給地面的摩擦力 另一個是地面給車輪的摩擦力
如果你注意看 我留言時 都會特地指明是誰施給誰的力
而你都是含糊一個名詞通吃 也可能因此你自己搞混的都沒注意到

至於從靜摩擦到動摩擦會有微小的不連續 就當做模擬中該不連續小於誤差範圍吧!


18:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-11 23:57:52: [回應上一篇]

我們談同標準
都以
以輪子受力系統情況分析
這樣才有辦法比較


後輪來自地面摩擦力 是向後
大家應沒爭議

前輪是因為被施以一個力矩
以致摩擦力方向是否被改變

前輪被施以一個力矩
輪子最終會向前滾
是否也來自地面摩擦力
而且摩擦力 向後 
否則輪子為什麼會向前滾

如果摩擦力向前  輪子為什麼會向前滾


19:黃福坤(研究所)張貼:2007-10-12 00:08:20: [回應上一篇]
或許你沒注意到 車子是前輪驅動 因此車子所受力矩有來自地面給的摩擦還有車子的引擎提供給轉軸的動力 此動力所造成力矩大於地面摩擦的力矩,因此車輪向前滾!

20:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-12 00:18:01: [回應上一篇]

不對
引擎提供給轉軸的動力大於地面摩擦的力矩
會打滑
因為提供輪子滾動是摩擦力
F1賽車 不但汽車要有擾流板
增加正壓力
而且使用黏性輪胎

都是增加抓地性

否則會打滑


21:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2007-10-12 00:34:59: [回應上一篇]
Quote:
在 2007-10-12 00:18:01, ox 寫了:

提供輪子滾動是摩擦力


引擎讓輪子轉動

因為地面上有摩擦力 才會使輪子受到向前的力發生所謂的滾動(注意其接觸地面的點 該點瞬間向後轉 摩擦力向前)

所以輪子才有向前的 力

沒摩擦力只是空轉

所以賽車增加摩擦力是要讓引擎的效果達到最高 將空轉減到最低

希望你能從根本想清楚

由模擬一個輪子慢慢由靜止加速開始思考

 



[ 這篇文章被編輯過: loge 在 2007-10-12 00:42:27 ]
22:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-12 00:45:33: [回應上一篇]
輪子抓地性來自地面對輪子摩擦力
摩擦力公式你應知道
F1賽車 速度很快 車子又輕
輪子貼地性不夠 輪子接受摩擦力不夠
車子操控性不好 打滑
牛頓第一定律
動者恆動  滑動
靜者恆靜  空轉

23:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2007-10-12 00:48:01: [回應上一篇]

希望你能真正對別人說的話思考

重以前跟你的討論我就發現你根本沒有去思考認真想過別人的話

一直陷在自己思維中

你好自為知了 慢慢想清楚吧

 


24:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-12 00:48:25: [回應第22篇]

 

緊急煞車
輪子鎖死
產生地面滑動
摩擦力提供減速負功
向後


25:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2007-10-12 00:51:13: [回應上一篇]
Quote:
在 2007-10-12 00:48:25, ox 寫了:

 

緊急煞車輪子鎖死產生地面滑動摩擦力提供減速負功向後


不就早跟你說過你說的滑動是在  減速的   煞車 狀態嗎?

是在岔開話題嗎?

我已經不想回應了

 

 


26:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-12 00:56:39: [回應第23篇]

loge
我怎麼沒思考過
就是想過
發現有誤
才提出來討論
沒問題幹麼討論
就是有問題才討論
你有沒想我的提問

跟你意見不合
你老毛病又犯了


loge
你是否想過
輪子為什麼會滾動
什麼力提供輪子滾動
你想過嗎

你一直陷在自己思維中
慢慢想清楚吧


27:黃福坤(研究所)張貼:2007-10-12 00:57:14: [回應第20篇]

Quote:

在 2007-10-12 00:18:01, ox 寫了:

不對
引擎提供給轉軸的動力大於地面摩擦的力矩
會打滑
因為提供輪子滾動是摩擦力
F1賽車 不但汽車要有擾流板
增加正壓力
而且使用黏性輪胎


都是增加抓地性


否則會打滑




物理的好處就是將各項能夠獨立的因素分出來 分別討論

力 管物體運動狀態是否改變 是否加速 是否等速等
力矩管 物體轉動狀態是否改變 是否有角加速度等
至於轉動一開始就會教純滾動, 若物體滿足純滾動條件 則轉體與地面接觸點瞬間靜止
因此屬於靜摩擦 若非純滾動則屬於 又滾動又滑動
本網站有一個 動畫 描述將一個乒乓球按下後 往後轉 但是往前走 走一段後 又滾回來
前一段會是又滾動又滑動 因為滑動摩擦力會減慢滑動的轉速 也同時改變移動速度
直到滿足純滾動條件  v=ω R 則開始以純滾動方式運動
或者球從有摩擦斜面滾下 也可能是先有滑動加上滾動
以上是否有滑動 不是從力 或力矩 去看 (並非直接相關 有可能間接相關)

車輪若等角速度轉動 則汽車引擎所提供力矩恰好抵銷摩擦力或其他外力產生的力矩
但是汽車若加速轉動 則引擎的力矩 需大於摩擦力的力矩
當然若是小於 則轉速開始減慢

是否會滑動 別忘記 純滾動的條件! 不要將不同的概念混在一起 只有增加自己的困擾!

28:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-12 01:18:50: [回應上一篇]

1.總之
輪子會純滾動
地面與輪子必需理想剛體

輪子會滾動
來自摩擦力
摩擦力有助輪子滾動

這就是滾動比滑動省力原因所在

2.乒乓球按下後 往後轉 但是往前走

@乒乓球往前滑動 情況
依力總合
乒乓球轉軸向前的動能大於地面摩擦的力
這時摩擦力向後

@@乒乓球後轉 情況
依力矩總合
這時對乒乓球而言摩擦力向前
因摩擦力有助乒乓球滾動
本來會向後滾
但是被往前滑動動能所牽引

滑動摩擦力使乒乓球往前滑動動能減速
達到反過來 摩擦力大於轉軸的動力
又滾回來
這時摩擦力矩與轉軸的動力同轉向
是滾動

 



[ 這篇文章被編輯過: ox 在 2007-10-12 23:41:37 ]
29:黃福坤(研究所)張貼:2007-10-13 00:17:02: [回應上一篇]
Quote:
在 2007-10-12 01:18:50, ox 寫了:

@乒乓球往前滑動 情況 依力總合 乒乓球轉軸向前的動能大於地面摩擦的力 這時摩擦力向後


動能 大於 力 ? 動能 與 力 是 兩種不同單位的物理量 如何比較誰大 誰小?

Quote:
@@乒乓球後轉 情況 依力矩總合 這時對乒乓球而言摩擦力向前 因摩擦力有助乒乓球滾動 本來會向後滾 但是被往前滑動動能所牽引

當乒乓球還是往前又滾又滑時 摩擦力應該是滑動摩擦 且地面對球的摩擦力向後 讓球速度減慢 轉速也減慢

Quote:
滑動摩擦力使乒乓球往前滑動動能減速 達到反過來 摩擦力大於轉軸的動力 又滾回來 這時摩擦力矩與轉軸的動力同轉向 是滾動

 


最後會轉向往後到轉回來 是已經達到純滾動的狀態 且乒乓球往前滾動哪來轉軸的動力 好好再思考一下!


30:ox榮譽點數20點(大學理工科系)張貼:2007-10-13 00:47:56: [回應上一篇]

1.sorry
語文錯誤
是往前動能量
f往前-f摩擦力=ma

2.總之
這乒乓球力系有點複雜
涉及角動量 轉動慣量
角速度與角加速度
 還有F=ma=mv^2=T/r

3.sorry
也是語文錯誤
轉軸的動力是
F=ma=mv^2=T/r

4.言歸正傳
前輪驅動的前輪的摩擦力
方向到底是往後還是往前

我認為應更改往後
摩擦力有助輪子滾動


31:黃福坤(研究所)張貼:2007-10-13 10:04:20: [回應上一篇]
摩擦力確實有助於滾動 沒錯
可是光講摩擦力 正如我之前一直提到
摩擦力 是兩者之間的交互作用力
包含 輪胎給地面 與地面給輪胎

前輪因為受引擎驅動 會有往後轉你所謂的[動力]
或者有人用[扭力] 但是其實指的不是力 而是力矩

因此輪胎會相對於與地面接觸點有往後轉動的趨勢
若摩擦力足夠 則該點相對靜止 此時為靜摩擦
因為輪胎企圖往後轉 所以輪胎對地面有向後的摩擦力
而地面也就對輪胎施以向前的摩擦力(前一力的反作用力)
對汽車而言 這是汽車向前的動力[此次指的真的是力 而不是力矩 因為汽車並非往前滾 除非出車禍]

若是摩擦力不夠  則兩者之間有滑動摩擦 摩擦力方向與前相同 但是比較弱 汽車所獲的加速度變小了
弱摩擦係數愈小 汽車所得到來自地面往前的加速度愈小
當完全沒有摩擦 (或實際狀況 輪胎稍有凹陷 摩擦力不足以讓車子跑出凹洞)車子就在原地打轉 無法前進

後輪因為是汽車整體往前走 所以跟著轉動 也就是輪子與地面接觸點有往前趨勢
因此地面對輪胎施以往後摩擦力 此摩擦力也是後輪轉動的力矩來源
(同樣輪胎對地面也施加往前的摩擦力 此摩擦力小於前輪的摩擦 因此車所受合力還是向前)

力都永遠是交互作用 談論 力時 首先確認系統 然後分出到底該系統的力  這樣思考會更清晰


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