它會往哪個方向滾動

生活科學趣談

這是某年指考的物理考題:

腳踏車的例子看起來有悖常理,這是因為我們會以生活中的經驗,也就是坐在自行車上騎乘時所觀察到的現象來做判斷。

解析:以線軸為例,施水平方向外力F於軸上時,若線軸維持等速滾動,由於質心加速度為零,因此滾動摩擦力與外力大小相等而方向相反。因為軸半徑小於輪半徑,所以外力F施加於線軸的力矩小於摩擦力施加於線軸的力矩,從而造成線軸逆時鐘滾向外力方向。