骑车拐弯的道理，向心力解析

骑车拐弯属于圆周运动,如图1.8所示。让我们讨论一下圆周运动中力和运动的关系。

图1.8　骑车

要使一个小球做圆周运动,可以用线把它拴上,然后用手捏线的另一端抡起来。小球做圆周运动时,线总是要拉着小球,拉力的方向总是沿着半径而指向圆心。一旦线断了,小球就从线断的那一刻起沿着圆的切线方向飞出去了。这个大家熟知的现象完全可以用牛顿第一定律和第二定律来说明。

我们知道,匀速圆周运动是有加速度的,即向心加速度,方向指向圆心。根据牛顿第二定律,物体的加速度是由于物体受力而产生的,而且加速度的方向和受力方向一致。上述小球的运动正是这样,小球受指向圆心的拉力而产生向心加速度,使它做圆周运动。如果失去了这样的力,小球就没有向心加速度了,也就不再沿圆周运动了。这时,根据牛顿第一定律,它将由于惯性而按原来的速度继续向前运动。由于小球在断线时的速度方向是沿着切线方向的,所以就要沿着切线方向飞出去了。此后,只是由于重力的作用,它才沿曲线下落。(www.xing528.com)

物体做圆周运动时,必须受到的指向圆心、产生向心加速度的力叫向心力。

物体在圆周运动中失去向心力时,由于惯性而沿着切线飞离圆周的现象,叫离心现象。这种现象在生活和生产中有积极的应用。

现在来说骑车拐弯,拐弯时是做圆周运动,也需要向心力。如果人体不向弯道内侧倾斜,只是车把一拐,车轮转过去不向前进了,但人体由于惯性,还要沿原来弯道的切线方向前进,结果连人带车向弯道外侧摔倒。为了避免这种事故,就需要想办法使人受到向心力的作用。人体向内侧倾斜时,地面对车的支持力(包括地面摩擦的作用)与人体(和车)所受的重力的合力就指向弯道的内侧。正是这个合力充当了向心力,而使人和车一起平安地通过弯道。弯道弯得越厉害,行车速度越大,就需要越大的向心力,这时骑车人就会自动歪斜得更厉害一些以得到更大的向心力。

汽车驶过弯道所需的向心力是地面对车轮的摩擦力。这摩擦力的方向是垂直于行车方向指向弯道内侧的。冬天,在冻了一层冰的弯道上要撒煤渣,就是为了增大路面对汽车的摩擦力而使汽车安全地转过弯道去。高速公路拐弯处的路面要修得由外向内倾斜,也是为了使驶过的汽车倾斜以获得必要的向心力。铁路拐弯处,使外侧轨高于内侧轨,也是这个道理。