在高中物理学习中,对于摩擦力方向的判断,是同学们普遍感到较难的问题之一,尤其是静摩擦力的方向的判断。课本中说,静摩擦力的方向总是沿着接触面,并且跟物体相对运动趋势的方向相反。

车轮的摩擦力方向怎样判断(地面给车轮的摩擦力)(1)

所谓相对运动趋势,是指两者之间没有相对运动,但是又有运动的趋势,既为想动而未动的状态,对于这种状态,显然是比较难于判断的。如果是像物体在斜面上,和斜面保持相对静止的这种情况,我们很容易判断物体有相对斜面下滑的趋势,但有些情况就比较难判断,比如人在走路的时候,地面和脚之间的静摩擦力方向问题,车子行驶时,地面给车轮的摩擦力方向问题。

车轮的摩擦力方向怎样判断(地面给车轮的摩擦力)(2)

首先,我们要明确,人在走路的时候,人的脚和地面之间是有摩擦力的,而且是静摩擦力。因为,人在走路的时候,脚和地面是相对静止的,没有发生滑动,脚和地面之间发生滑动是走不了路的。另一方面,人在向前走的时候,脚掌是向后蹬的,就是说脚掌相对地面有向后运动的趋势。那么,地面给脚的静摩擦力方向,应该与相对运动趋势的方向相反,即地面给脚的静摩擦力方向是向前的,也就是人行进的方向。

其实,上面这一结论,从动力的角度去理解是合理的。大家想,如果我们把整个人作为研究对象,这个人在走路时,必然有提供其向前的动力,这个力不可能是向下的重力和地面对人向上的支持力,只能是地面给脚的静摩擦力,既然提供的是动力,这个静摩擦力方向必然是向前的。

车轮的摩擦力方向怎样判断(地面给车轮的摩擦力)(3)

行驶的车子,地面给车轮的摩擦力方向判断,比人走路时,地面给脚的摩擦力方向的判断要复杂一点。第一点,我们要理解无滑动行驶的车子,地面和车轮之间是静摩擦力,同学们可以把车轮与地面接触的地方放大,在车轮转动的瞬间,两者之间是没有相对运动的,但是有相对运动的趋势。第二点,我们要对车轮进行区分,分别叫做主动轮和被动轮,或者分别叫做驱动轮和从动轮。

车轮的摩擦力方向怎样判断(地面给车轮的摩擦力)(4)

以自行车为例。自行车的后轮是主动轮(驱动轮),是人用力踩踏脚踏板,通过链条齿轮带动自行车后轮转动。注意,这时候同学们把后轮与地面接触的地方在头脑中做放大处理,此时,后轮相对地面有向后滑的趋势,但是却没有滑动,地面提供了给后轮的静摩擦力,其方向是向前的。

自行车的前轮是从动轮(被动轮),是被推着转动的,同样,我们把车轮与地面接触的地方做放大处理,外力推着车轮向前,车轮有相对地面向前运动的趋势,所以地面给前车轮的静摩擦力的方向是向后的。

车轮的摩擦力方向怎样判断(地面给车轮的摩擦力)(5)

行驶的车子,地面给车轮的摩擦力,方向是向前的还是向后的?其实回答这个问题,要区分主动轮(驱动轮)和从动轮(被动轮),地面对主动轮的摩擦力方向是向前的,可以说是车子行驶的动力,而地面对从动轮的摩擦力方向是向后的,是阻碍车子前进的阻力。

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