2017-03-03 13:51:51

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滚动摩擦(rolling friction)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"。它的实质是静摩擦力。

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基本信息

  • 中文名

    滚动摩擦

  • 外文名

    rolling friction

  • 特 点

    无滑动的滚动或有滚动的

  • 趋势

    性 质阻碍作用

目录

折叠 编辑本段 简介

滚动摩擦一般用阻力矩来量度,其力的大小与物体的性质、表面的形状以及滚回拖过程中的滚动摩擦力回拖过程中的滚动摩擦力动物体的重量有关。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的实质就是静摩擦力

通俗的讲,压力让物体形变,物体周围的表面成小坡状,滚动时相当于上小坡(两面都有小坡)。上小坡时引力产生下滑力,相对小球而言就是阻力。

折叠 编辑本段 产生特点

物体的滚动情况与接触面有关,滚动物体在接触面上滚动或有滚动的趋势时,物体和接触面都会发生形变。其形变可以分为接触面形变而滚动物体不发生形变(此时物体称之为刚体)、接触面不发生形变(此时接触面称之为刚性面)而滚动物体发生形变、接触面和滚动物体都不发生形变以及接触面和滚动物体都发生形变等四种情况。

折叠 滚动物体是刚体,接触面发生形变

滚动物体静止在水平接触面上时受到的重力G与支持力N在同一竖直线上。当滚动物体向前滚动时,与前方凸起发生作用,支点前移到O′,受到接触面的作用力增大为N′。N′产生两个效果:一个是垂直于接触面方向的N,它与G抗衡;另一个是沿接触面方向的静摩擦力f,它阻碍小球向前滑动,如图3所示。滚动摩擦力滚动摩擦力

显然,重力G与支持力N产生力偶矩M阻,其效果为阻碍物体的转动。设O'偏离重力作用线的距离为δ,则M阻=Nδ。

若N′在沿接触面方向的分量f到O的垂直距离为r,以O为转轴,物体匀速滚动时力矩平衡,则fr=Nδ,。

压路机的磙子在碾压泥土路基时,可简化为这类问题。

折叠 接触面为刚性,滚动物体产生形变

接触面不发生形变而滚动物体发生形变时,物体的滚动实质为变形后的翻转,但支点O′前移。同理,此时重力G与支持力N力偶矩为物体滚动的阻力矩,且M阻=Nδ,。

汽车、自行车的轮胎在水泥路面上行驶时,可简化为这类问题。

折叠 滚动物体和接触面均为刚性

如果滚动物体和接触面都不发生形变,此时物体受到的重力与支持力共线平衡,即G=N、δ=0、r=0,滚动的阻力矩M阻=0、f=0,没有滚动摩擦效果。

这是理想情况,但是像火车钢轮在钢轨上的运动,可以简化为这类问题。

折叠 滚动物体和接触面均有形变

滚动物体和接触面都发生形变的情况最普遍,尽管这种情况很复杂,但是由于它介于第一、第二两种情况之间,根据"两边夹法则",可以得到相同的结论,即M阻=Nδ但是,当滚动物体形变相对接触面较大时,可以把它简化为第一种情况;当接触面形变相对滚动物体较大时,可以把它简化为第二种情况。

折叠 关于滚动摩擦

为什么自行车没气时比较难骑?

大家也许都有过这样的经历,当自行车没气的时候都感觉非常难骑。这究竟是什么原因?我就是从这里开始我的小小的探索。

要清楚没气时为什么比较难骑这个问题,首先要清楚自行车的工作原理。人们用脚蹬车时,使链盘转动在通过链条带动后轮的飞轮转动,而使后轮也跟着转动。这时,轮胎面对地面有个向后的静摩擦力,由图三可知,地面也会对后轮有一个向前的静摩擦力。这个力就是车前进的动力。由于车轮在地面滚动,所以一定会有滚动摩擦力。但中学没有对滚动摩擦进行过深入的学习,对滚动摩擦的影响不是很清楚,所以要查资料了解一下。

通过查阅资料可知,一个物体在另一个物体表面滚动时,受到接触面的阻力作用,叫滚动摩擦。滚动摩擦产生的条件是滚动物体和平面接触部分必须发生形变,图为形变的情况。

形变的特点是是滚动的物体前方形成凸起,这样,支持力的水平分力阻碍平动,竖直分力阻碍转动,滚动摩擦就这样产生了。

然后回到自行车上来,前面已经知道静摩擦力是提供动力的,所以没气的自行车难骑的原因就只剩下滚动摩擦了。自行车轮压在地面时,一定会发生弹性形变,地面也会发生形变,但车轮的形变是主要的。当自行车没气时,车轮的形变加大,使车轮前部凸起部分更凸,加大了滚动摩擦力矩,使自行车难骑。

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