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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 基础物理 » 求教自行车运动原理
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zuijianwudi

木虫 (正式写手)

[交流] 求教自行车运动原理

骑独轮车从静止到加速到V1匀速运动，然后再加速到V2，再匀速运动。
分析这个过程中轮子受力变化情况
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1楼2013-06-29 12:07:01
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
引用回帖:
21楼: Originally posted by zuijianwudi at 2013-07-01 08:30:47
多谢您这么详细的解答
但我还有几点不是很明确：
1、匀速运动时，从上述原理看来不存在摩擦力。但如果不考虑这些愿原理，只是心理预感的话，车轮毕竟还在地面上滚动，为什么就不存在滚动摩擦力了呢？
2、如果匀 ...

1, 滚动摩擦很小，但是不为零。原因是橡胶弹性变形并非完全弹性的，变形过程中介质内部有能量损耗，弹性恢复的时候变形量虽然完全恢复，但是恢复力略有亏损。此外地面的变形也可能有非弹性变形，也会损失能力。想象一下橡皮泥做的轮子无法有效滚动，或者在泥地，沙地内的滚动，都是损耗很大的。损耗小极端情况是类似火车的轮子和轨道，双方都很强，变形量小，弹性大，损失小。
2，这里不涉及向心力问题。把车架空，轮子也能转动对吧？向心力离心力这些词别乱用。下面不严格地用这两个词。离心力会导致辐条和轮圈向外甩，也就是辐条有变长的趋势，但是毕竟是钢材，离心力和其他静力相比是很小的，引起的变形也是很小的。一个圆环转动时趋向于变大，那么轮周就会张紧，沿着圆周处处存在的张力大部分抵消，小部分横向分力（周向的横向就是径向，指向圆心）形成向心力，以满足圆周运动的受力条件。自行车的运动一般不考虑向心力问题。如果轮周很弱，比如像拉面条，高速转动会导致轮圈变大解离；但是车轮承力的其他要求比这个要求高得多，没人会考虑离心力是否对材料有威胁。极端条件下，比如高速离心机设计，是会考虑离心力大小和离心筒的强度刚度是否够用。但是那是高速离心机啊，各种车轮都的转速相比都是低的不予考虑的。
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22楼2013-07-01 15:58:30
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wgz1989626

新虫 (初入文坛)
★
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
1、两段加速，轮子收到的摩擦力都向前进方向。这个力大于阻力。
2、匀速时，轮子收到的仍然是向前的摩擦力（克服前进阻力，并不是你不蹬车子了。）这个力等于阻力。
3、所以，受到摩擦力的变化是：增大——减小——在增大——在减小。
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27楼2013-07-02 12:12:07
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shaolong0126

铜虫 (小有名气)
★
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
一群人把简单的问题弄复杂  在空中 你骑个车向前试试

地面上 人的作用力就是使轮子转动

你旋转扔起一个轮子 落到地面上轮子就会与转动相反的方向运动

运动就是靠轮子和地面的作用力和反作用力
转动有个对地面向后的推力  你推不动地面  轮子又止不住转动  

可以想象为 车子不动地面在动   作用力就明确了
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28楼2013-07-02 12:18:17
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zuijianwudi

木虫 (正式写手)
引用回帖:
2楼: Originally posted by 诺亚方舟1965 at 2013-06-29 12:26:09

纯表情拿金币不光荣
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4楼2013-06-29 12:54:36
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zuijianwudi

木虫 (正式写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by lefantian122 at 2013-06-29 12:36:24

纯表情拿金币不光荣
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5楼2013-06-29 12:54:52
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晕月山江

金虫 (职业作家)
★
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
楼主还是回到高中去求解这么高深的问题吧
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6楼2013-06-29 15:25:03
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zuijianwudi

木虫 (正式写手)
引用回帖:
6楼: Originally posted by 晕月山江 at 2013-06-29 15:25:03
楼主还是回到高中去求解这么高深的问题吧

闻道有先后，术业有专攻嘛
不要都不屑来答吧
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7楼2013-06-29 19:35:03
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leongoall

专家顾问 (知名作家)
★
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
自行车的受力我想应该就是所受地面摩擦力和人对齿轮用力而转化为对轮子的牵引力！

由于单轮车（单轮即驱动轮），故此处只有一个地面对轮子的滚动摩擦阻力（滚动摩擦阻力大小始终与单轮对地面的压力成正比）！利用牛顿第二运动定律很简单就能分析受力：加速过程中牵引力大于摩擦力，匀速过程中牵引力等于摩擦力！

楼主此处貌似条件不够！但楼主的题目似乎是在问为何自行车能够向前匀速或加速运动，如果的确如此，那就需要考虑轮子的钢丝在旋转过程中所产生的分别向两侧的力实现平衡，从而使得单轮车能够向前而不向两边倾倒！
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8楼2013-06-29 20:18:15
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zuijianwudi

木虫 (正式写手)
引用回帖:
8楼: Originally posted by leongoall at 2013-06-29 20:18:15
自行车的受力我想应该就是所受地面摩擦力和人对齿轮用力而转化为对轮子的牵引力！

由于单轮车（单轮即驱动轮），故此处只有一个地面对轮子的滚动摩擦阻力（滚动摩擦阻力大小始终与单轮对地面的压力成正比）！利用 ...

针对兄弟所提的“匀速过程中牵引力等于摩擦力！”
自行车在前进过程中，如果把人和车看做整体，那么，人所提供的动力其实是内力

有人说匀速运动时，摩擦力为零，兄弟你怎么看？
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9楼2013-06-29 22:33:43
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
★
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
轮子受到净力矩产生转动加速；地面给予轮子的静摩擦向前，使轮子产生平动。
匀速下轮子没有净力矩，也不受摩擦力作用。
这里不考虑平衡问题，那是另外一个问题。

[ Last edited by uvwxmc on 2013-6-30 at 13:44 ]
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10楼2013-06-30 02:07:10
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leongoall

专家顾问 (知名作家)
引用回帖:
10楼: Originally posted by uvwxmc at 2013-06-29 19:07:10
轮子受到净力矩产生转动加速；地面给予轮子的静摩擦向前，使轮子产生平动。
匀速下轮子没有净力矩，也不受摩擦力作用。
这里不考虑平衡问题，那是另外一个问题。
...

貌似有理，但我的问题是如果摩擦力为零，那么试想一下在摩擦系数为零的光滑平面上（自行车轮胎也是理想光滑的），自行车能运动吗？
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12楼2013-06-30 15:55:19
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leongoall

专家顾问 (知名作家)
引用回帖:
9楼: Originally posted by zuijianwudi at 2013-06-29 15:33:43
针对兄弟所提的“匀速过程中牵引力等于摩擦力！”
自行车在前进过程中，如果把人和车看做整体，那么，人所提供的动力其实是内力

有人说匀速运动时，摩擦力为零，兄弟你怎么看？...

10楼的回复貌似有理，但我还是有个问题，见楼上！
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13楼2013-06-30 15:57:20
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负零度

木虫 (正式写手)
★
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
速度越快，后轮的力越大。。。。

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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14楼2013-06-30 19:38:42
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zuijianwudi

木虫 (正式写手)
引用回帖:
13楼: Originally posted by leongoall at 2013-06-30 15:57:20
10楼的回复貌似有理，但我还是有个问题，见楼上！...

我理解是看有没有向前的初速度了，如果在光滑平面上从静止开始用力，自然不会产生向前的速度。
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15楼2013-06-30 21:19:38
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zuijianwudi

木虫 (正式写手)
引用回帖:
10楼: Originally posted by uvwxmc at 2013-06-30 02:07:10
轮子受到净力矩产生转动加速；地面给予轮子的静摩擦向前，使轮子产生平动。
匀速下轮子没有净力矩，也不受摩擦力作用。
这里不考虑平衡问题，那是另外一个问题。
...

这位兄弟说的能再详细点么？分析一下从静止到加速再到匀速的情况？
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16楼2013-06-30 21:21:39
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
leongoall: 金币+10, 鼓励认真回帖！ 2013-07-01 02:14:18
还要怎么详细？！链条和飞轮连结，链条对飞轮的作用力不通过轴心；轮子还受到车轴的支持力，地面的支持力，分布重力，合力为零，所以轮子不会向上向下向任何方向平动，毕竟轴在那里限位着呢。但是链条对飞轮有净力矩，力矩引起飞轮的转动加速度，飞轮通过轮心，辐条，传递力矩给整个轮子，轮子获得转动加速度，转速从0开始增加；轮胎对地面有相对运动趋势，地面给轮胎摩擦力向前，轮胎把力传给轮子，辐条，轮心，车轴，车架，驾驶员，作为整体大家都获得向前的平动加速度，轮子转速逐渐增加的同时，整体也开始向前平动；轮胎和所有结构在传力过程中有弹性变形，但是变形量很小，所以平动相对于转动有轻微的滞后，以提供各种弹性变形量。当链条放松，驱动力矩消失，传力矩过程和反向传力过程的对应的各种弹性变形恢复，除了各种静止平衡时就存的的力之外的其他动力都消失，车轮按惯性转动和平动，其他部件按惯性平动，整体进入匀速运动阶段。
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zuijianwudi
17楼2013-07-01 00:38:45
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
引用回帖:
12楼: Originally posted by leongoall at 2013-06-30 15:55:19
貌似有理，但我的问题是如果摩擦力为零，那么试想一下在摩擦系数为零的光滑平面上（自行车轮胎也是理想光滑的），自行车能运动吗？...

轮子能转，但是当然不能平动起来，这还有疑问啊。冬天在冰面上加速会导致打滑，就是这个道理。
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18楼2013-07-01 00:43:08
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
引用回帖:
14楼: Originally posted by 负零度 at 2013-06-30 19:38:42
速度越快，后轮的力越大。。。。

这是乱讲，普通老百姓的物理水平。后轮的力和加速度有关，和速度无关。和速度有关的只有风阻。
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19楼2013-07-01 00:44:38
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leongoall

专家顾问 (知名作家)
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18楼: Originally posted by uvwxmc at 2013-06-30 17:43:08
轮子能转，但是当然不能平动起来，这还有疑问啊。冬天在冰面上加速会导致打滑，就是这个道理。...

恩，我理解有误，呵呵！多谢点拨！
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20楼2013-07-01 02:14:53
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zuijianwudi

木虫 (正式写手)
送红花一朵
引用回帖:
17楼: Originally posted by uvwxmc at 2013-07-01 00:38:45
还要怎么详细？！链条和飞轮连结，链条对飞轮的作用力不通过轴心；轮子还受到车轴的支持力，地面的支持力，分布重力，合力为零，所以轮子不会向上向下向任何方向平动，毕竟轴在那里限位着呢。但是链条对飞轮有净力矩 ...

多谢您这么详细的解答
但我还有几点不是很明确：
1、匀速运动时，从上述原理看来不存在摩擦力。但如果不考虑这些愿原理，只是心理预感的话，车轮毕竟还在地面上滚动，为什么就不存在滚动摩擦力了呢？
2、如果匀速运动后，地面光滑，也不存在其它阻力，那么转动也会一直保持下去么？这个轮胎的转动是有向心力的吧，这个向心力是由地面的支持力提供的么？如果是由支持力提供的，那么该向心力是不是最大就是该物体的重力？如果是，那么骑车轮胎就有一个最大向心力，也就有一个最大速度了？
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21楼2013-07-01 08:30:47
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匿名

用户注销 (正式写手)
★
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
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23楼2013-07-01 17:18:13
 已阅   申请物理EPI   回复此楼   编辑   查看我的主页

匿名

用户注销 (正式写手)
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24楼2013-07-01 17:19:27
 已阅   申请物理EPI   回复此楼   编辑   查看我的主页

zuijianwudi

木虫 (正式写手)
引用回帖:
22楼: Originally posted by uvwxmc at 2013-07-01 15:58:30
1, 滚动摩擦很小，但是不为零。原因是橡胶弹性变形并非完全弹性的，变形过程中介质内部有能量损耗，弹性恢复的时候变形量虽然完全恢复，但是恢复力略有亏损。此外地面的变形也可能有非弹性变形，也会损失能力。想象 ...

兄弟你真强，是物理专业的吧！

感觉心里明白了一大片了
这是前几天看到变速自行车用高中前学的知识琢磨了一下，才发现以前没有琢磨太多，一个自行车就包含好多内容哦！
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25楼2013-07-01 22:28:47
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负零度

木虫 (正式写手)
引用回帖:
19楼: Originally posted by uvwxmc at 2013-07-01 00:44:38
这是乱讲，普通老百姓的物理水平。后轮的力和加速度有关，和速度无关。和速度有关的只有风阻。...

你高中物理忘记了不少了。。。
以前轮为支点，分析力的平衡，风阻是有力臂的，后轮力必须增大。。尽管增加很少。。
加速过程后轮的支撑力也在增加

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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26楼2013-07-02 08:17:26
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libolin98

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
这个靠各人理解了！
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29楼2014-11-20 16:57:12
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诺亚方舟19652楼
2013-06-29 12:26   回复  
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
lefantian1223楼
2013-06-29 12:36   回复  
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
easonchao11楼
2013-06-30 12:28   回复  
zuijianwudi(金币+1): 谢谢参与
Argentum潘30楼
2014-11-20 18:35   回复  
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