滾動摩擦

滾動摩擦一般用阻力矩來量度，其力的大小與物體的性質、表面的形狀以及滾

動物體的重量有關。滾動摩擦實際上是一種阻礙滾動的力矩。當一個物體在粗糙的平面上滾動時，如果不再受動力或動力矩作用，它的運動將會逐漸地慢下來，直到靜止。這個過程，滾動的物體除了受到重力、彈力外，一般在接觸部分受到靜摩擦力。由於物體和平面接觸處產生形變，物體受重力作用而陷入支承面，同時物體本身也受壓縮而變形，當物體向前滾動時，接觸處前方的支承面隆起，而使支承面作用於物體的合彈力N的作用點從最低點向前移。正是這個彈力，相對於物體的質心產生一個阻礙物體滾動的力矩，這就是滾動摩擦。對於初中學生來說，他們還未掌握力矩的概念，就不要把滾動摩擦講成是一種摩擦力，只能講一個物體在另一個物體上滾動時所受到對滾動的阻礙作用。滾動摩擦力的實質就是靜摩擦力。

通俗的講，壓力讓物體形變，物體周圍的表面成小坡狀，滾動時相當於上小坡（兩面都有小坡）。上小坡時引力產生下滑力，相對小球而言就是阻力。

物體的滾動情況與接觸面有關，滾動物體在接觸面上滾動或有滾動的趨勢時，物體和接觸面都會發生形變。其形變可以分為接觸面形變而滾動物體不發生形變（此時物體稱之為剛體）、接觸面不發生形變（此時接觸面稱之為剛性面）而滾動物體發生形變、接觸面和滾動物體都不發生形變以及接觸面和滾動物體都發生形變等四種情況。

滾動物體靜止在水平接觸面上時受到的重力G與支持力N在同一豎直線上。當滾動物體向前滾動時，與前方凸起發生作用，支點前移到O′，受到接觸面的作用力增大為N′。N′產生兩個效果：一個是垂直於接觸面方向的N，它與G抗衡；另一個是沿接觸面方向的靜摩擦力f，它阻礙小球向前滑動，如圖3所示。

顯然，重力G與支持力N產生力偶矩M阻，其效果為阻礙物體的轉動。設O'偏離重力作用線的距離為δ，則M阻。

若N′在沿接觸面方向的分量f到O的垂直距離為r，以O為轉軸，物體勻速滾動時力矩平衡，則，。

壓路機的磙子在碾壓泥土路基時，可簡化為這類問題。

接觸面不發生形變而滾動物體發生形變時，物體的滾動實質為變形后的翻轉，但支點O′前移。同理，此時重力G與支持力N的力偶矩為物體滾動的阻力矩，且M阻=Nδ，。

汽車、自行車的輪胎在水泥路面上行駛時，可簡化為這類問題。

如果滾動物體和接觸面都不發生形變，此時物體受到的重力與支持力共線平衡，即，滾動的阻力矩M阻，沒有滾動摩擦效果。

這是理想情況，但是像火車鋼輪在鋼軌上的運動，可以簡化為這類問題。

滾動物體和接觸面都發生形變的情況最普遍，儘管這種情況很複雜，但是由於它介於第一、第二兩種情況之間，根據“兩邊夾法則”，可以得到相同的結論，即M阻、。但是，當滾動物體形變相對接觸面較大時，可以把它簡化為第一種情況；當接觸面形變相對滾動物體較大時，可以把它簡化為第二種情況。

為什麼自行車沒氣時比較難騎？

大家也許都有過這樣的經歷，當自行車沒氣的時候都感覺非常難騎。這究竟是什麼原因？我就是從這裡開始我的小小的探索。

要清楚沒氣時為什麼比較難騎這個問題，首先要清楚自行車的工作原理。人們用腳蹬車時，使鏈盤轉動在通過鏈條帶動後輪的飛輪轉動，而使後輪也跟著轉動。這時，輪胎面對地面有個向後的靜摩擦力，由圖三可知，地面也會對後輪有一個向前的靜摩擦力。這個力就是車前進的動力。由於車輪在地面滾動，所以一定會有滾動摩擦力。但中學沒有對滾動摩擦進行過深入的學習，對滾動摩擦的影響不是很清楚，所以要查資料了解一下。

通過查閱資料可知，一個物體在另一個物體表面滾動時，受到接觸面的阻力作用，叫滾動摩擦。滾動摩擦產生的條件是滾動物體和平面接觸部分必須發生形變，圖為形變的情況。

形變的特點是是滾動的物體前方形成凸起，這樣，支持力的水平分力阻礙平動，豎直分力阻礙轉動，滾動摩擦就這樣產生了。

然後回到自行車上來，前面已經知道靜摩擦力是提供動力的，所以沒氣的自行車難騎的原因就只剩下滾動摩擦了。自行車輪壓在地面時，一定會發生彈性形變，地面也會發生形變，但車輪的形變是主要的。當自行車沒氣時，車輪的形變加大，使車輪前部凸起部分更凸，加大了滾動摩擦力矩，使自行車難騎。