高中物理论文:平地转弯中的动力学问题.doc
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1、平地转弯中的动力学问题平地转弯中的动力学问题摘要:平地转弯现象是很常见的,人行走和自行车转弯时都需要向内侧倾斜,其原理可通过简单的推箱类比和匀速圆周运动来解释;引入非惯性系和力矩平衡条件,可以解决地面对人或车的作用力与人或车倾斜方向的一致性的疑点,从而对平地转弯现象有比较全面和清晰的理解,使人们的认识从感性走向理性,由肤浅变得深刻。关键词:匀速圆周运动;向心力;惯性离心力;力矩平衡正文:生活中平地转弯现象是很常见的,例如人行走、自行车行驶为了能顺利地转弯,都需要向内侧倾斜;对于车以同一速率转弯,转弯半径越小,车身往往要越倾斜。其中的物理解释几乎都建立在匀速圆周运动的模型上,这是高考对高中物理教
2、学的要求所致,但并非每个人对转弯现象的来龙去脉都是心中有数的,可能也存在一些错误的理解。图一可能有的人会这样解释:如图一中,O为圆周运动的圆心,Q为轮胎与地面的接触点,P为整体的重心P在地面的投影;对于一定的速率和,角速度保持不变,根据所需要的向心力,车身越倾斜,重心越靠近匀速圆周运动的圆心O点,半径越小,故所需要的向心力越小,就容易转弯。但是自行车转弯的时候往往保持不变的是车的速率,不用考虑车上各点的位置差异引起的半径变化,而视他们为一整体。根据上面的解释原理,如果车子越倾斜,向心力,半径越小,所需要的向心力反而越大,更不容易转弯。其实从车子倾斜造成运动半径微量的变小的确无可厚非,但由此去解
3、释平地转弯现象无疑是不足以让人信服的。笔者将从以下几个层次对平地转弯中的动力学问题进行解释。如果把人或者自行车看成整体,从物体作匀速圆周运动所需要的向心力角度来理解,无论自行车行驶还是人行走,如果要在水平地面上转弯,都靠摩擦力提供所需的向心力,由于地面与车轮或者人的弹力大小一定,最大静摩擦力一定,但要注意实际的摩擦力不一定都是最大静摩擦力。于是问题转化为,如果地面与车轮或人的摩擦力大到恰好提供向心图二力,那就能顺利转弯了。举一个浅显的实例,如图二所示,质量相等的两个人在同样的地面推同样的重箱子,问谁更容易推动?从日常生活的经验看来,显然是下面一个。根据人的受力平衡条件可以知道,人的推力与地面的
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