在平地上自由滚动的轮子受摩擦力吗?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/07/01 06:06:41
高一时物理老师说圆形轮子在粗糙地面滚动一定受到所谓“滚动摩擦力”,当时既无定性更无定量介绍。但假设一个轮子(刚体)已经在粗糙地面滚动起来且不受空气阻力,假设它同时受到地面的摩擦力,那么由牛顿第二定律知轮子质心为变速直线运动,再假设摩擦力向后,则由牛二轮子应减速,而此时摩擦力的力矩方向与角速度方向相同,说明轮子加速转动,这样一来轮子接触面(点)相对地向后(轮子质心方向为前)滑动(在开始的一瞬间可理解为滑动趋势)进而可得出轮子受到向前的摩擦力,这与摩擦力向后的假设矛盾;而假设摩擦力向前同样可推出矛盾。只有假设摩擦力不存在进而得到轮子匀速滚动(质心匀速平动)才不矛盾。
大虾们作答前请读完问题,这不是一个中学水平的问题。
已经请教过好多位物理学专业的同窗,未能得解。

另外强调两点:系统中只包含地面,轮子二物(当然有重力)。
认为摩擦力存在的请详细解释问题中的悖论。

滚动摩擦力详解:
滚动摩擦力当然不同于平动摩擦力,平动摩擦力是因为存在平动运动趋势而产生的。对于滚动摩擦的分析不能采用平动理论来分析。
首先可以告诉你滚动摩擦力既不向前也不向后。那是对平动摩擦的描述。然后还要告诉你,滚动摩擦不能用力来描述。那也是对平动摩擦的描述方式。
滚动摩擦应该是一个力矩。用力矩来描述。可能的方向当然你也就明白了。滚动摩擦总是减低物体的滚动趋势。记住趋势。类似的你也可以提出最大净滚动摩擦力等等的物理量。不过好像没有专门研究这个方面的系统知识。因为理论价值不大,关键靠具体问题具体分析。
你会问力矩不也得有力有力臂吗?这就回答:力就是支持力。力臂就是支持力的支点没有通过轮子的圆心所产生的力臂。这回明白了吗?举例说自行车轮子,理论上是圆的,实际呢?在有压力的情况下不是圆的,尤其对地面的接触部分,不是一点接触而是接触面。轮子的表面变形了。向前滚动时必然出现接触面前端因为还未来得及变形而导致支持力在此处密集,接触面后方则支持力减弱,因而支持力的合力并未通过轮子轴心。导致阻碍转动的力矩出现。当然变形的不仅仅可以是轮子,也可以是地面,比如在泥泞的地面上骑自行车后面留下深深的车辙,一个道理。

肯定受到摩擦力,但是这个摩擦力是静摩擦,而不是所谓的滚动摩擦.轮于地面的接触点在接触的瞬间是没有速度的,而此时这一点有向后的运动趋势,所以这一点的摩擦力向前.

首先摩擦力的方向是向前的,轮子是向后转动才能向前行使,这和人走路时的摩擦力是一样的,阻碍腿的向后运动而使人向前。摩擦力是提供向前运动的力,但它阻碍轮子的向后转动,所以会减速。方向知道了,其他的你自己在想一下,关于力矩我也不是很清楚

摩擦力向前,没有矛盾,因为摩擦力阻碍向后转动时减小了它的机器能

受的
变滑动为滚动,减小摩擦力
如果不受摩擦力,这个滚轮是一直匀速直线运动的