自行车转弯中的力学问题作者：丁丹华 邱国民来源：《物理教学探讨》2018年第07期 摘 要：学生对人教版高中物理教材中的火车转弯问题感到困惑，在此以自行车转弯为例，深入探究自行车转弯中的力学问题：车在转弯时向心力的来源、车身为何要向内侧倾斜、安全倾斜的最大速度、最大角度，从惯性、力矩平衡、二力杆三个方面进行理论说明。得出探究结果：车手和自行车在转弯时，在惯性系中是处于非平衡态的，而在转动非惯性系中，它是处于平衡态的，只不过我们需要引入一个假想的惯性离心力。 关键词：自行车转弯；向心力；力矩平衡；惯性；二力杆
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）7-0062-3
生活中的圆周运动随处可见，人教版高中物理教材《生活中的圆周运动》一节中，关于火车转弯时的向心力，讨论了两种情况：一种是如果外轨和内轨一样高，需要什么力提供向心力；一种是外轨比内轨高，需要什么力提供向心力。并着重研究了火车转弯时的速度，在理想速度情形下，什么力提供向心力？非理想速度的情景下，又是什么力提供向心力？本文中，笔者以车手和自行车为研究对象，探究在两种弯道下自行车做圆周运动向心力的来源。在日常生活中，留心观察，发现在水平弯道内车手和自行车拐弯时身体都会向内侧倾斜，为什么要向内侧倾斜呢？倾斜多少角度才安全呢？安全行驶的最大速度又是多 少呢？现与大家一起探讨。
1 外高内低斜面式弯道转弯时的向心力来源
2 平面上转弯时向心力来源分析
观点 1 向心力由地面摩擦力提供
观点2 向心力由重力的一个分力提供
以自行车为例，在转弯时，其向心力由重力的分力提供，以运动员和自行车为整体进行受力分析，将重力沿X和Y方向分解，重力沿Y方向的分力平衡掉支持力和摩擦力的合力，重力沿X方向的分力提供向心力，如图3所示，由牛顿第二定律可列：
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