罗坤胜 陈恩谱

摘 要：利用自行车后轮刹车模型，研究车辆刹车时的加速度的决定因素，得到了两个结论：其一，刹车捏得较松时，后轮静摩擦力使车体减速，且捏得越紧，加速度越大；其二，刹车捏得太紧时，后轮将相对地面滑动，滑动摩擦力使车体减速，且加速度将保持不变，与捏刹车的松紧无关。利用物理知识，探讨了捏后轮刹车的问题。

关键词：自行车刹车；车体；打滑；钢圈；角加速度；转动惯量

说明一下，本文讨论的是捏后轮刹车的情况。

一、问题的提出

捏刹车时，刹车片与后轮钢圈之间产生压力，进而使得刹车片对后轮钢圈产生滑动摩擦力，这个摩擦力使后轮角速度减小（即产生角加速度）；可是自行车车体减速，并不能靠这个滑动摩擦内力来实现，而是需要系统外力，这个系统外力只能是地面给车胎的摩擦力。那么，这个地面摩擦力是如何产生的？这个摩擦力是静摩擦力，还是滑动摩擦力？

另外，刹车捏得越紧，车体减速就越快，即加速度大，这意味着地面对车胎的摩擦力增大了，那么，地面摩擦力怎么会随着捏刹松紧而变化呢？刹车片对钢圈的滑动摩擦力，与地面给车胎的摩擦力具体是什么定量关系？

二、问题的分析

若地面给车胎的摩擦力是滑动摩擦力，由Ff=μFN可知，这个摩擦力就不会随着捏刹松紧而变化，很明显，这个摩擦力要变化，就只能是静摩擦力；经验表明，捏刹不够紧时，并不会出现车胎打滑的现象，车轮在地面上仍然是纯滚动——车胎上与地面接触的那个点仍然相对地面是静止的，因此，地面对车胎的摩擦力，一般情况下，就一定是静摩擦力。……