靠“扭”前行的扭扭车

来源 :中学生数理化·八年级物理人教版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:henban
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  在广场上经常能看到一种儿童玩耍的车——扭扭车,它的前进方式很特别,人坐在上面.只要扭动方向盘就可以使它前进或后退,非常好玩,我们平时看到的自行车、三轮车,无论你怎样摇晃车头,它们也只是原地晃动,不可能前进半步,为什么在扭扭车上左右转动方向盘却能使它向前运动呢?
  扭扭车能前进是因为它特殊的结构.扭扭车又叫摇摆车,在正式申请专利时的名字叫儿童健身娱乐车,自从2002年问世以来,由于它奇特的运动方式.立刻流行起来,甚至还有人把它评为“2002年世界十大发明”,
  一、扭扭车的结构
  扭扭车一共有三对车轮(如图1).其中前面两对车轮与车把连接,是一个整体,为转向轮.转向轮中前一对车轮较小,一般时候悬在空中,很少触地,只有在遇到不平的地面时.起到避免碰撞或倾覆的作用(有的车型,只有一对较大的转向轮).转向轮中后一对车轮较大,为主动轮,主动轮并不在车把的轴的正下方.而是与车把的轴形成了一个三角形的位置,如图2.车身最后的一对车轮是承重轮,人就坐在它们的正上方,它们承受着绝大部分的力.骑乘者的重力作用线也通过它.一般情况下,车体面板都是用塑料做成的,长约70cm,人坐的地方和脚放置位置有一些凹凸的点.用于增大摩擦,防止人滑落.
  二、扭扭车的运动路线
  在转动车把引发主动轮转动的过程中.前面主动轮是蜿蜒前进的,而后面的承重轮的运动轨迹是交替前进的.如图2,当车把右转时,D轮不动,C轮转动:反过来再左转车把时.C轮不动.D轮向前转动.在承重轮交替前行的过程中,车子的轨迹又是近乎于直行.
  三、扭扭车为什么扭动就能前进
  如图3.当向左扭动车把时,这时转向轮中的主动轮将做两方面运动:一方面,在扭动的圆形轨迹的切线方向.A轮在转动轴的带动下有向后运动的趋势,地面给它的摩擦力船切线反方向向前:另一方面,在指向圆心的方向,轮子做圆周运动,地面给它的摩擦力的分力f′提供向心力,方向指向转动圆心,主动轮受到的两个摩擦力效果合起来,对车产生向前的推力,车子做加速运动.当A轮转过中线后(如图4),摩擦力转为阻碍车子运动的力,但车子在开始阶段已经获得速度,由于惯性它会继续向前运动,这一过程车子开始做减速运动,接着,当反方向转动车把时,轮子的转动方向和刚才转动完全相反.B轮受到地面给它向前的摩擦力,车子又开始重复前面的加速运动过程.
  由此可见,扭扭车是靠摩擦力前进的,它在运动中交替进行着加速和减速,不能像其他车一样一直加速,所以速度不会太快,很适合儿童车对安全的要求.这可能也是它能够风靡一时的原因之一.
  明白了上面扭扭车前行的原理,也就不难理解为什么扭扭车前进时,前面转向轮是在做蛇行前进的.而且不需要任何其他的动力装置.它的唯一动力来源就是扭动车把的双手.而且,当扭动车把时.速度越快,扭扭车前进的速度也越快。
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