地面给予滚动的自行车轮的摩擦力方向,是向前?还是向后?

  1. 摩擦力的定义,是阻碍相对运动的力。因此,这个问题的答案,取决于轮子对于地面是否做了、做了什么样的相对运动。 1.1.1 如果轮子在地面滚动,那么轮子与地面始终没有做相对运动,做的是接触和分离的垂直平面运动。这个事实,要从轮子滚动与地面所画出的曲线来看。地面的点与轮子接触点之间,一直是短暂接触,然后短暂分离,并没有发生相互之间的位移。轮子在地面上滚动,轮子与地面的接触和离开所发生的摩擦力,是类似于在平面上粘上一张不干胶,然后又把它撕起来的方式。这种轮子与地面的摩擦力,是静电力。应该说,实际上静电力的方向是垂直向下的方向,因为它要阻碍的轮子的相对运动,是轮子的接触面与地面结合部的垂直向上的分离。因此,轮子滚动所产生的摩擦力,既不是向前,也不是向后。因此,给定初速度的轮子所消耗掉的能量,是在轮子接触平面从地平面揭起来时,克服垂直向下的静电力所做的功耗。所以,这个时候,轮子与地面所产生的,是垂直向下的静电力,这个静电力消耗了拉动轮子前进的动力所做的功。 1.1.2 如果仔细考虑,我们还会发现轮子与地面的相对运动,也有一个压向地面、相对静止、拔离地面的过程。那么在轮子压向地面时,地面所产生的摩擦力,是垂直向上的;在轮子停止压向地面时,是不产生摩擦力的;在轮子拔离地面时,地面所产生的摩擦力是垂直向下的。在摩擦力垂直向上和垂直向下的两个过程中,地面产生的摩擦力消耗了拉动轮子滚动的动能。 1.2 如果轮子在地面上拖动,并没有滚动,那么轮子与地面的接触点一直相对于地面做平移运动。因此,地面这时会对轮子提供一个与轮子运动方向相反的摩擦力,以阻止轮子的运动。因此这个时候,地面给轮子的摩擦力是与轮子运动方向相反的。
  2. 有人问:为什么地面对汽车从动轮的切向反作用力的方向与行驶方向相反? 所谓的切向力,实际上是一种假设。这个假设,仅仅只是为了要符合牛顿的作用力=反作用力的第三定律而人为编造出来的。这个人为编造出来的答案,不是事实,但是它可以符合牛顿第三定律的恒等式。由于它把轮子的垂直压向地面、与地面保持静止和垂直拔离地面的过程,简化为轮子在切线方向的向前或者向后的运动,所以,根据牛顿第三定律,就得到一个人为的推理结果,说这个地面给定的摩擦力是向前或者向后。这符合了牛顿第三定律的描述,但是这并不一定是事实。
  3. 结论: 3.1 本文的关键点,在于上面第2点的最后一句话! 3.2 这个结果告诉我们,看起来符合定律的结论,不一定就是客观事实,而只是我们的意识心人为编造的假象。