滾動[詞語]

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滾動,漢語辭彙,釋義為轉動體沿轉動方向的運動稱作滾動。也指的是物理中轉動與位移的平面複合運動。

基本信息

詞語

滾動: 轉動體沿轉動方向的運動稱作滾動。

科技用語。定義: 轉動與位移的平面複合運動。

說明:

1、物體(通常指圓形體)的旋轉中心稱作轉動中心,簡稱轉心;此外,這種平面複合運動所在作用面內在任何瞬時都有一個不動點,這個瞬時不動點稱作滾動瞬心。

2、滾動是力偶和線性力的合效應。但,物體受摩擦作用時,力偶和線性力都可以單獨使物體產生滾動;這種情況下的滾動是力矩效應,瞬心又是滾動的矩心。而且,瞬心恰在摩擦力作用點上。這是具有摩擦作用時滾動的兩個重要特徵。作用力為力(偶)矩時,摩擦力方向與滾動方向相同;作用力為線性力時,摩擦力方向與滾動方向相反。

3、瞬心的移動速度等於轉動中心的位移速度時稱純滾動。

人的行走

人的行走相當於多邊形體的滾動。

人的行走與人坐在輪椅運動類似,輪緣相當於多邊形的邊,胯關節相當於輪軸,腿相當於輪輻,腳相當於多邊形邊的端點。不過,各輪只有一個(真的)輪輻。但,只要速度適當地話,兩腳交替著地,還是可以演繹出多輪輻效果。

問題是,兩腿上下輪轉是很費力的。因此,設計者改從下邊前移,但因腿輻僵直,無法從下邊通過。為此作出膝關節和踝關節,從而顯現出現在人行走的樣子。

人行走的動力是人的意志施加於腳掌的有機力矩,胯關節為力矩矩心;腳掌為滾動瞬心。阻力是人體體重與步幅一半的乘積。不難看出,使胯關節和腳掌連線與地面垂直或使身體前傾,可以減小阻力或變阻力為動力。尤其是奔跑時,顯得尤為明顯。

步幅(多邊形邊長)越小;兩腳交替頻率越低,越省力。步幅越大,重心上下竄動越大,越吃力。

腳掌與地面在圓周力作用下會產生摩擦,它是由體重作用引起的。目前,普遍認為滾動時的摩擦是一種阻礙滾動的阻力,這種認識是不正確的。阻礙滾動的阻力是物重對滾動瞬心的矩。摩擦力(F)只起穩定瞬心的作用,不是阻礙滾動的阻力。可以知道,沒有摩擦,寸步難行。

根據摩擦力的方向可以判定,人的行走是轉動(力矩)效應引起的滾動。顯然,被人推著走時摩擦力的方向向後,是平動效應引起的滾動。

腳踏車的運動

腳踏車後輪是由轉動作用引起的滾動,與地面接觸點的作用力方向向後(與滾動方向相反).因此,靜磨擦力的方向與滾動方向相同;前輪是通過前軸傳遞的平動作用力產生的滾動,其與地面接觸點的作用力方向向前.因此,靜磨擦力的方向向後.

當不蹬車的時候,因慣性作用,倆輪仍保持原來的運動狀態,摩擦作用方式不變。例如:將後輪離開地面,搖動腳蹬,使後輪旋轉,再使其與地面接觸,腳踏車會向前運動。(這個運動就相當於慣性滾動).你會發現,輪下的灰塵或小沙粒被拋向後,即輪對地面有一個向後的作用力。因此,地面對輪的作用力(磨擦力)方向仍向前。

剎車時,主動輪(後輪)因阻力矩作用增大而減速,但摩擦作用方式沒有變;不過,若主動輪處在包死狀態,由於慣性使腳踏車繼續運動時,主動輪與地面的摩擦屬滑動摩擦,前輪仍是靜摩擦。

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