Question

如图1所示，质量为40kg的小凯同学骑着一辆质量为10kg的自行车以18km/h的速度在平直公路上匀速运动100m．

如图1所示，质量为40kg的小凯同学骑着一辆质量为10kg的自行车以18km/h的速度在平直公路上匀速运动100m．自行车一个车轮与地面接触面积为20cm2，在匀速行驶过程中受到的阻力如图2所示．（g取10N/kg）求：（1）小凯同学对自行车提供的牵引力是多少？（2）小凯骑车时，自行车对地面的压强多大？（3）小凯匀速骑行100cm时的功率多大？（4）骑自行车下陡坡时，应先刹前刹车，还是先刹后刹车？

Answer 1

（1）由图2可知，自行车在匀速行驶过程中受到的阻力f=40N，
∵自行车平直公路上匀速运动，即自行车处于平衡状态，
∴在水平方向上小凯同学对自行车提供的牵引力和车行驶过程中受到的阻力是一对平衡力，大小相等：F=f=30N；
（2）人和车的总重力：G=mg=（m_人+m_车）g=（40kg+10kg）×10N/kg=500N，
自行车对水平地面的压力等于人和车的总重力：F=G=500N，
小凯骑车时，受力面积等于两个轮胎与地面接触的总面积：S=2×20cm²=4×10^-3m²，
小凯骑车时，自行车对地面的压强：p=

F

S

=

500N

4×10-3m2

=1.25×10⁵Pa；
（3）自行车匀速行驶的速度：v=18km/h=5m/s，
∵P=

W

t

，W=Fs，v=

s

t

，
∴自行车匀速行驶过程中的功率：P=

W

t

=

Fs

t

=Fv=40N×5m/s=200W；
（4）骑自行车下陡坡时，如果先刹前刹车，前轮因刹车而减速，但是车的后半部分由于惯性仍继续保持向前高速运动状态，这样容易使人和车向前翻摔倒而造成伤害，所以应该先刹后刹车．
答：（1）小凯同学对自行车提供的牵引力是40N；
（2）小凯骑车时，自行车对地面的压强为1.25×10⁵Pa；
（3）小凯匀速骑行100cm时的功率为200W；
（4）骑自行车下陡坡时，应先刹后刹车．