返回信息流自行车运动过程中,刹车的作用至关重要,而刹车的理论是摩擦理论。在本贴子里,我就摩擦的理论以及该理论对刹车的指导意义简要说一下。希望各位车友骑行时,遇到紧急情况需要刹车时,让车轮与地面之间的摩擦为静摩擦,缩短刹车距离,降低事故概率。
(一)静摩擦,滑动摩擦,滚动摩擦的本质区别
(二)刹车抱死与摩擦力
(三)自行车前轮和后轮的摩擦力方向
(一)静摩擦,滑动摩擦,滚动摩擦的本质区别
静摩擦——置于固定平面上的物体,由于受沿它们接触表面切向的外力作用,有相对滑动的趋势,但还没有发生相对滑动的时候,存在于接触表面的阻碍这种滑动趋势的现象,谓之“静摩擦”。这里应注意两点:一是两个紧密接触而又相对静止的物体;另一点是具有相对滑动的趋势,但又还没有发生相对的滑动。
静摩擦力——当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时,在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力,这个力叫摩擦力。若两相互接触,而又相对静止的物体,在外力作用下如只具有相对滑动趋势,而又未发生相对滑动,则它们接触面之间出现的阻碍发生相对滑动的力,谓之“静摩擦力”。当切向外力逐渐增大但两物体仍保持相对静止时,静摩擦力随着切向外力的增大而增大,但静摩擦力的增大只能到达某一最大值。静摩擦力在达到最大值以前,总跟物体所受沿着接触面切向方向的外力大小相等,方向相反。
最大静摩擦力——在静摩擦中出现的摩擦力称为静摩擦力。当切向外力逐渐增大但两物体仍保持相对静止时,静摩擦力随着切向外力的增大而增大,但静摩擦力的增大只能到达某一最大值。当切向外力的大小大于这个最大值时,两物体将由相对静止进入相对滑动。静摩擦力的这个最大值称为“最大静摩擦力”。这个极限摩擦力,以f0max表示。最大静摩擦力的大小与两物体接触面之间的正压力N成正比,即:f0max=μ0N。f0max表示最大静摩擦力,N表示正压力,其中比例常数μ0叫做静摩擦系数,是一个没有单位的数值。μ0和接触面的材料、光滑粗糙程度、干湿情况等因素有关,而与接触面的大小无关。
动摩擦——两个相接触的物体做相对运动时发生的阻碍它们相对运动的现象,称为“动摩擦”。
动摩擦力——在动摩擦中出现的摩擦力称为“动摩擦力”。对物体所施之力大于最大静摩擦力时,物体就开始运动。在运动起来之后,若将所施加之力减小,物体便又停止运动。这一情况表明,物体运动之后,还有阻止物体运动的力,即还有摩擦阻力。这种物体运动时所产生的摩擦力即称动摩擦力。
滑动摩擦——当一物体在另一物体表面上滑动或有滑动趋势时,在两物体接触面上产生的阻碍它们之间相对滑动的现象,谓之“滑动摩擦”。当物体间有相对滑动时的滑动摩擦称动摩擦。当物体间有滑动趋势而尚未滑动时的滑动摩擦称为静摩擦。滑动摩擦产生的原因很复杂,目前还没有定论。近代摩擦理论认为,产生滑动摩擦的主要原因有二,一是关于摩擦的凹凸啮合说,认为摩擦的产生是由于物体表面粗糙不平。当两个物体接触时,在接触面上的凹凸不平部分就互相啮合,而使物体运动受到阻碍而引起摩擦;二是分子粘合说,认为当相接触两物体的分子间距离小到分子引力的作用范围内时,在两个物体紧压着的接触面上的分子引力便引起吸附作用。关于摩擦的本质,还待进一步研究。
滑动摩擦力——物体沿着接触面作相对滑动时,两物体的接触面上相互作用,阻碍滑动的力叫“滑动摩擦力”。它的方向总是和物体相对滑动的方向相反。滑动摩擦力的大小和彼此接触物体的相互间的正压力成正比,在相对运动速度较低时几乎与速度的变化无关,且小于最大静摩擦力。
滚动摩擦——一物体在另一物体表面作无滑动的滚动或有滚动的趋势时,由于两物体在接触部分受压发生形变而产生的对滚动的阻碍作用,叫“滚动摩擦”。滚动摩擦一般用阻力矩来量度,其力的大小与物体的性质、表面的形状以及滚动物体的重量有关。滚动摩擦实际上是一种阻碍滚动的力矩。当一个物体在粗糙的平面上滚动时,如果不再受动力或动力矩作用,它的运动将会逐渐地慢下来,直到静止。这个过程,滚动的物体除了受到重力、弹力外,一般在接触部分受到静摩擦力。由于物体和平面接触处产生形变,物体受重力作用而陷入支承面,同时物体本身也受压缩而变形,当物体向前滚动时,接触处前方的支承面隆起,而使支承面作用于物体的合弹力N的作用点从最低点向前移。正是这个弹力,相对于物体的质心产生一个阻碍物体滚动的力矩,这就是滚动摩擦。对于初中学生来说,他们还未掌握力矩的概念,就不要把滚动摩擦讲成是一种摩擦力,只能讲一个物体在另一个物体上滚动时所受到对滚动的阻碍作用。
滚动摩擦力——物体滚动时,接触面一直在变化着,物体所受的摩擦力,称为“滚动摩擦力”。它实质是静摩擦力。接触面愈软,形状变化愈大,则滚动摩擦力就愈大。一般情况下物体之间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力。在交通运输以及机械制造工业上广泛应用滚动轴承,就是为了减少摩擦力。例如,火车的主动轮的摩擦力是推动火车前进的动力。而被动轮所受之静摩擦则是阻碍火车前进的滚动摩擦力。
滚动摩擦系数——物体在另一物体上滚动(或有滚动趋势)时受到的阻碍作用是由物体和支承面接触处的形变而产生的。一般用滚动摩擦力矩来量度。滚动摩擦力矩的大小和支承力N成正比。即M=KN。K为比例系数,称为“滚动摩擦系数”。如火车轮与铁轨间的K值约为0.09~0.03厘米。圆轮和支持面愈坚硬,则滚动摩擦愈小。若两者为绝对刚体,则滚动摩擦就为零,此时,轮与支持面间只接触一条线,支承力N通过圆轮的轴心。滚动摩擦系数具有长度的量纲,且有力臂的意义,常以厘米计算。其大小主要取决于相互接触物体的材料性质和表面状况(粗糙程度,湿度等)有关。
(二)刹车抱死与摩擦力
下面这段话是在百度百科中查到的,对这个问题应该有点帮助
汽车防抱死顾名思义是汽车刹车系统防止抱死的系统!可为什么要防抱死呢?那是因为汽车在刹车时,由于汽车的惯性,向前有很大的力量!所以就要求汽车轮胎和地面有大的摩擦力!但汽车轮胎和地面的接触面积很少,这样假如抱死的话,轮胎和地面之间就会为滑动摩擦。由于轮胎是橡胶做成的,在高温的作用下,可以降低轮胎的符着力,从而可以使车的刹车距离增加!汽车防抱死的作用就是让汽车的刹车距离减少,他的原理和简单的——就是当汽车在要刹死的时候,通过轮胎上的传感器给防抱死系统电脑一个信号,然后电脑让刹车系统不再刹车,就这样的刹车在抱死和不抱死之间。大约每秒钟由二十次左右的状态!从而达到更有效的刹车系统!!有效的缩短刹车距离。总之,汽车加了ABS系统就是按照刹车时的摩擦力为最大静摩擦力计算,而没有ABS系统就是按滑动摩擦力计算,所以有ABS系统刹车距离更小一些。
自行车刹车时也一样,运动自行车的刹车一般较灵,在刹车时,没必要把间捏死,让车轮在地上滑动,这样,不但刹车距离较长,加大轮胎与地面的磨损。而且滑动时,重心不好控制,容易造成侧翻。正确的做法是适当用力捏闸,让车轮与地面之间将要滑动但还没有滑动。当然,这个力度的把握需要锻炼,需要平时的经验。
(三)自行车前轮和后轮的摩擦力方向
推车时,前后轮都受滚动摩擦,方向向后;而骑车时较为复杂,要想正确判断前后轮所受地面的摩擦力的方向,其关键是知道车在运动时前后轮相对地面的运动趋势。这就要求我们了解车的传动机构及工作原理,自行车的后轮是通过链条带动的,我们把它称为驱动轮,它在转动时,轮与地面的接触点对地面来说有向后运动的趋势,而路面对这一点存在阻碍运动的作用,因此地面对后轮这一与地面接触的点施加一个摩擦力,其方向向前。当驱动轮也就是后轮滚动使车身向前运动时,前轮轴与车身连在一起,轴必定会受到车身向前的推力作用。前轮又称为导向轮,与地面的接触点跟轮及车身整体都有向前运动的趋势,所以地面对前轮与地面的接触点施加的摩擦力方向是向后的。
这是一条镜像帖。来源:北邮人论坛 / cycling / #34917同步于 2009/5/11
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摩擦理论对自行车运动的指导意义
flypigeon
2009/5/11镜像同步0 回复
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