本人下學期大二土木狗，掛科復（預）習理論力學期間想到了一個問題。

理想情況下，沒有動力，忽略其他阻力的情況下，在平面向前滾動的單個輪子受到的摩擦力方向是向哪邊的？其未來運動狀態怎樣的？

輪子與地面的接觸點P是速度瞬心，絕對速度v=0,下一個時刻該點向後，那麼輪子所受摩擦力方嚮應該向前，和質心速度同向，那麼其運動狀態應該是加速運動，能量增加。

可是，無論摩擦力方向朝向哪一邊，地面都受到一個摩擦力。地面做加速運動，能量增大，動量增大。由能量守恆和動量守恆得，輪子的能量和動量應該減少，應該做速度減少的減速運動。

那麼向前滾動的輪子受到的摩擦力方向是向哪邊的？

其未來的運動狀態應該是怎麼樣的？

首先你要明白從動輪（例如自行車前輪），驅動輪（例如自行車後輪），還要明白剛性輪和剛性地面不會產生滾動摩擦，必須有形變纔有滾動摩擦。

下面討論不理想情況驅動輪:可以通過外界（比如自行車上的人）提供的扭矩產生轉動趨勢，與地面接觸時，受較大的，向前的，阻礙轉動的，靜摩擦（當然，實際上並不是純粹靜摩擦，是滑動摩擦，只是相對滑動的距離很小很小，幾乎是靜摩擦，吸收一定量的轉動動能，轉化為不足該量的地面和整車的平動動能以及微量內能，下同），但獲得向前的動能，而（活動的）地面則向後加速，當然在滾動過程中也會受到微乎其微的向後的，阻礙滾動的，滾動摩擦，但很小。從動輪:

通過驅動輪獲得向前的平動動能，而與地面接觸後，地面給它一個向後的，促進滾動的靜摩擦，阻礙平動但使其滾動，所以阻礙很小，同時又受一個向後的，阻礙滾動的，滾動摩擦，同時阻礙平動和滾動，也很小。

功能關係，動力裝置（比如人）的能量轉化為裝置熱損（汽車有熱機熱損和機械熱損，自行車有人體體溫升高的熱損和機械熱損）和驅動輪的轉動動能，同一時間（沒有先後），該動能繼續轉化為整車和地面的平動動能（對於地球來說微乎其微，忽略不計），從動輪的轉動動能以及整與外界摩擦產生內能（主要是風阻，那個不純粹的靜摩擦轉化不了多少能量），當動能穩定後，所有動力只轉化為內能，只是在不同位置轉化，處於動態平衡（所以幾個摩擦力都不會消失，沒有不受摩擦的說法），這也是為什麼起步較難的原因。

對於汽車來說，損耗能量排名:熱機熱損&>機械熱損&>風阻&>地面熱損&>地面增加動能，電損以及或多或少的剎車熱損就說不清楚了

補充:至於題主所說的剛性無動力輪，剛性地面，無滑動滾動，就再簡單不過了，題主說接觸點向後就錯了，無動力又無滑動滾動，接觸點明明向上嘛（參見圓的擺線），而且剛性輪，剛性地面本就沒有滾動摩擦，而又是無滑動滾動，就沒有滑動摩擦，更沒有靜摩擦之說，所以不會受任何摩擦，直接一直滾下去。至於有滑動滾動，會逐漸變成無滑動滾動，然後再一直滾下去。

謝手機上看不到誰邀

如果單個輪子，忽略其他阻力，這不需要理論力學分析。用牛頓定律就可以定性解釋。

1 如果輪子開始靜止或勻速滾動，那麼摩擦力為零。因為如果有摩擦力，那麼它的運動狀態必然會改變。

2 如果考慮從靜止到向前滾動，有個向前加速的過程。摩擦力為唯一的外力，讓它向前加速運動那麼地面給輪子的摩擦力向前，即同運動方向。

3 考慮複雜點，輪子裡面有電機讓它轉，如果摩擦力為零，那無論怎麼轉，它都在「打滑」，還是保持靜止或者勻速平動。

4 如果3的情況摩擦力不為零，無論打不打滑，都會變為2的加速情況。

所以四大力學就是牛頓力學加上高等數學，所有問題都可以用牛頓定律，包括動量能量那些解釋，仔細想想應該都能解釋。

最後，祝考試順利！

自然向前滾動的輪子受到向後的摩擦力，受到動力向前的輪子（自行車後輪）受到向前和向後的摩擦力，合摩擦力向前。

既然是大學生

就去買一本舒幼生的《力學》 北京大學出版設剛體部分有一個例題是乒乓球的滾動，涵蓋了此類問題的所有可能順帶說一句此書極好，買回來複習力學也是很不錯的

我舉一個自行車的例子看你能不能理解吧。自行車加速前進時，後輪受到地面的摩擦力向前，前輪受到的摩擦力向後。

你如果想明白了這個例子，那麼後輪的摩擦力恰好對應你提問的文字裏的第三段話描述的情況，而前輪的摩擦力就對應你第四段話描述的情況。

假設輪子在平整地面上滾動，且輪子只在中心（軸承處）受向前或者向後的推力抑或不受力，忽略軸承摩擦力，勻速運動時，輪子不受摩擦，加速運動時，輪子受到到地面對它向後的靜摩擦，減速運動時，輪子受到地面對它向前的靜摩擦。

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