二轮滑板的机械原理小物件大智慧

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二轮滑板车是一种新型的滑板,也称为“陆地冲浪板”。和普通的四轮的滑板不一样,它只有两个轮。因其运动起来像龙和蛇一样扭动,所以国内多大称为“龙板”或“活力板”。

二轮滑板车的轮子偏转一定角度后,它会向一个受力最小的方向偏转,也就是侧前或侧后运动,因此它是蛇行的(运动路线是S形)。这是利用了滑板车前轮的归正性来运行。人的身体扭动而产生扭矩,加上运用技巧,可以把人的扭动能量的一部分转化为动能,使二轮滑板车前进(普通的四轮滑板车直行,主要靠人腿后蹬提供能量)。

和普通的四轮滑板不同,玩者只利用腰部、臀部和双脚的扭动,以及手的摆动就可以驱动活力板前进。S线行进还有保持平衡的作用,这不像自行车那样有车把手来调节方向和平衡作用(二轮滑板车也有把手的类型来辅助调节平衡),所以只能用身体的运动来协调。

使活力板前进的推动力来源于轮子与地面间的静摩擦力。轮子的结构决定了只要轮子绕转轴转过一个角度β,轮子与地面间的静摩擦力F沿运动方向的水平分量驱动活力板前进。所以在光滑的路面上,静摩擦力不存在,活力板无法前进。在做该项运动时,操作者的双脚在板面上要不断地用力前后摆动,目的就是为了保持角β一直存在,即角β的必须依靠外力才能保持。

“活力版与普通滑板都是靠地面摩擦力作为前进的驱动力。区别仅在于:普通滑板靠运动员的直接蹬地产生的摩擦力推动前进,而活力板间接通过后轮的摩擦力推动前进。运动员蹬板可有前后对称或反对称两种模式,两种模式均能引起轮架的倾斜,使作用于轮缘的摩擦力产生向前的运动效应。技术熟练的运动员能正确控制轮架的倾斜方向使滑板维持前进运动。交变的摩擦力横向分量使前进运动具有蛇形游动的独特形式。反对称蹬板模式使前后板之间出现相对扭转,摩擦力横向分量的方向相反,所构成的力偶推动滑板绕垂直轴转动,以适应滑板转弯时的需要。”

有三对轮子。前面一对转向轮很小,悬在空中,仅仅在地面不平时起到避免碰撞车体的作用;最后是两个承重轮,人就座在它们的正上方,它们承受着绝大部分的力,骑乘者的重力作用线也通过它;处于中间的与转向轮同轴的两个轮子是主动轮,就是它们特殊的工作方式使车子前进的。

扭扭车利用了离心力原理和人体运动中的惯性原理,仅靠左右转动方向盘,就可随意前后行驶。

扭扭车利用了离心力原理和人体运动中的惯性原理,仅靠左右转动方向盘,就可随意前后行驶。开始运动时,将车把转向一边,车把和主动轮焊接在一起是个整体,所以轮子也会转向同一边。这时轮子将参与两种运动:在轨迹的切线方向,轮子在转动轴的带动下有向后运动的趋势,地面给它的摩擦力沿切线反方向向前;

另一方面,在指向圆心的方向,轮子做圆周运动,地面又给它的摩擦力的效果提供向心力,方向指向转动圆心。两个摩擦效果合起来,对车产生向前的推力,车子做加速运动。

当轮子转过中心线后,由于切线速度的方向转向切线前方,摩擦力会随之转向后方,阻碍车子的运动。但车子已经在开始阶段积累了动能,它可以靠惯性继续向前,这一段过程车子做减速运动。接着当人向反方向转动方向盘时,轮子的转动方向开始向后,摩擦力向前,又开始重复前

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