滚动

更新时间:2024-06-19 10:39

滚动,指的是物理中转动与位移的平面复合运动。

词语

滚动: 转动体沿转动方向的运动称作滚动。

科技用语。定义: 转动与位移的平面复合运动。

说明:

1、物体(通常指圆形体)的旋转中心称作转动中心,简称转心;此外,这种平面复合运动所在作用面内在任何瞬时都有一个不动点,这个瞬时不动点称作滚动瞬心

2、滚动是力偶线性力的合效应。但,物体受摩擦作用时,力偶和线性力都可以单独使物体产生滚动;这种情况下的滚动是力矩效应,瞬心又是滚动的矩心。而且,瞬心恰在摩擦力作用点上。这是具有摩擦作用时滚动的两个重要特征。作用力为力(偶)矩时,摩擦力方向与滚动方向相同;作用力为线性力时,摩擦力方向与滚动方向相反。

3、瞬心的移动速度等于转动中心的位移速度时称纯滚动

人的行走

人的行走相当于多边形体的滚动。

人的行走与人坐在轮椅运动类似,轮缘相当于多边形的边,胯关节相当于轮轴,腿相当于轮辐,脚相当于多边形边的端点。不过,各轮只有一个(真的)轮辐。但,只要速度适当地话,两脚交替着地,还是可以演绎出多轮辐效果。

问题是,两腿上下轮转是很费力的。因此,设计者改从下边前移,但因腿辐僵直,无法从下边通过。为此作出膝关节和踝关节,从而显现出现在人行走的样子。

人行走的动力是人的意志施加于脚掌的有机力矩,胯关节为力矩矩心;脚掌为滚动瞬心。阻力是人体体重与步幅一半的乘积。不难看出,使胯关节和脚掌连线与地面垂直或使身体前倾,可以减小阻力或变阻力为动力。尤其是奔跑时,显得尤为明显。

步幅(多边形边长)越小;两脚交替频率越低,越省力。步幅越大,重心上下窜动越大,越吃力。

脚掌与地面在圆周力作用下会产生摩擦,它是由体重作用引起的。目前,普遍认为滚动时的摩擦是一种阻碍滚动的阻力,这种认识是不正确的。阻碍滚动的阻力是物重对滚动瞬心的矩。摩擦力(F)只起稳定瞬心的作用,不是阻碍滚动的阻力。可以知道,没有摩擦,寸步难行。

根据摩擦力的方向可以判定,人的行走是转动(力矩)效应引起的滚动。显然,被人推着走时摩擦力的方向向后,是平动效应引起的滚动。

自行车的运动

自行车后轮是由转动作用引起的滚动,与地面接触点的作用力方向向后(与滚动方向相反).因此,静磨擦力的方向与滚动方向相同;前轮是通过前轴传递的平动作用力产生的滚动,其与地面接触点的作用力方向向前.因此,静磨擦力的方向向后.

当不蹬车的时候,因惯性作用,俩轮仍保持原来的运动状态,摩擦作用方式不变。例如:将后轮离开地面,摇动脚蹬,使后轮旋转,再使其与地面接触,自行车会向前运动。(这个运动就相当于惯性滚动).你会发现,轮下的灰尘或小沙粒被抛向后,即轮对地面有一个向后的作用力。因此,地面对轮的作用力(磨擦力)方向仍向前。

刹车时,主动轮(后轮)因阻力矩作用增大而减速,但摩擦作用方式没有变;不过,若主动轮处在包死状态,由于惯性使自行车继续运动时,主动轮与地面的摩擦属滑动摩擦,前轮仍是静摩擦

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