我来回答楼主的问题。 关于自行车前进过程中力的分析是一个不是三言两语就可以说清楚的问题。 从物理学知识知道： 一个在水平支承面上向前作匀速直线滑动的物体，它的平衡条件是这个物体所受到的合力为零，即竖直方向:向下的压力与重力之和要等于支承面对物体竖直向上的支持力；水平方向:物体向前受到的推力（动力）要等于支承面对物体向后的滑动摩擦力（阻力）。 如果这个物体是在支承面上作匀速直线滚动时，它的平衡条件除了物体所受到的合力必须为零外，还必须满足第二个平衡条件：作用在这个物体上的合力矩也必须为零，即作用在物体上的动力矩之和要等于作用在物体上的阻力矩之和。 为了简化起见，先假定自行车是在水平路面上向前匀速直线滚动的，并以自行车前轮为例进行分析。 自行车在水平路面向前匀速直线滚动时，人要克服的不是地面对轮胎的滑动摩擦，而是滚动摩擦，说白了就是要克服自行车向前滚动时的阻力矩。 以下图一、图二是自行车前轮在轮胎气比较硬和轮胎气比较软两种情况下的示意图。（为简化起见，图上没有画出地面对轮子竖直向上的支持力和地面对轮子水平向后的静摩擦力）
图一是自行车轮胎气比较硬的情况下的示意图，轮胎与地面MN的接触面长度为AB，F是人蹬自行车时产生向前用来克服自行车轮子滚动磨擦的水平推力（是动力），G是人的重力引起对自行车前轮主轴的压力和前轮自身重力共同作用在前轮主轴O上竖直向下的力（G是阻碍轮子向前滚动的力，是阻力），A点是自行车前轮向前滚动时某一瞬间轮胎与地面相对静止的接触点（支点）（说明：这个接触点A随着轮子向前滚动而在轮缘上不断变换），在某一瞬间，轮子在水平推力F和向下的力G的共同作用下绕着支点A匀速转动（此时可以将自行车的轮子看成是一根绕着支点A转动的杠杆AH），此时，轮子处于动平衡，它除了符合所受合力为零的平衡条件外，还符合以下平衡条件，即：动力F×动力臂AC=阻力G×阻力臂AD， 即动力F=G×AD/AC 图二是自行车轮胎气比较软的情况下的示意图，轮胎与地面MN的接触面长度为A＇D＇（很显然A＇D＇>AD）,F＇是人蹬自行车时产生向前用来克服自行车轮子滚动磨擦的水平推力（是动力），G是人的重力引起对自行车前轮主轴的压力和前轮自身重力共同作用在前轮主轴O＇上竖直向下的力（G是阻力），A＇点是自行车前轮向前滚动时某一瞬间轮胎与地面相对静止的接触点（支点），在某一瞬间，轮子在水平推力F＇和竖直向下力G的共同作用下绕着支点A＇匀速转动，此时，轮子处于动平衡，它除了符合所受合力为零的平衡条件外，也符合以下平衡条件：动力F＇×动力臂A＇C＇=阻力G×阻力臂A＇D＇。 即动力F＇=G×A＇D＇/A＇C＇
综合以上所述：
当轮胎气比较硬时，则F=G×AD/AC 当轮胎气比较软时，则F＇=G×A＇D＇/A＇C＇ 而两种情况下,阻力G是相等的； 很显然, AD＇D＇, AC>A＇C＇ 所以 动力F＇ 即自行车轮胎气比较硬时人骑车感到比轮胎气比较软时省力。 这就是楼主在帖子中提出的“为什么自行车在车胎打气后骑起来感觉要轻便的多”的原因。 同理，也可以分析自行车在水平路面向前匀速直线滚动时后轮的受力情况，当然，后轮由于结构不同于前轮，分析起来稍有不同，但基本原理是一样的。
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楼主: 无拘无束
发表于 2006-9-9 17:46
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