Question

Задача по физике: куда поедет велосипед, вперед или назад?

Условия задачи:

Велосипед установлен так, что он не проскальзывает и не падает. К заднему колесу привязана веревка так, как на картинке ниже. Куда поедет велосипед - вперед или назад?

Answer 1

В простейшем случае, например, ворот для подъема воды ведром из колодца – просто крутят колесо, прикладывая силу перпендикулярную радиусу колеса, то есть вращают это колесо, заставляя крутиться и вал, на который намотана веревка с ведром.

А теперь посмотрим на обычное колесо с внешним радиусом R1 и внутренним радиусом R2.

В какую сторону покатится колесо, если его тянуть за веревку, как показано на рисунке, силой F1 или F2? Пусть катушка катится без проскальзывания. Здесь нет центральной оси, которую кто-либо крутит, как в примере с воротом, или с велосипедистом, когда он крутит педали и с помощью цепи заставляя крутится центральную втулку заднего колеса, а вместе с ней благодаря спицам крутится всё колесо. Посмотрим снова на простое колесо на рисунке. Куда будет крутиться колесо благодаря действиям сил F1 или F2? У этого колеса есть только одна точка опоры, это точка соприкосновения колеса с дорогой (назовем ее точкой А). Такое колесо крутится вокруг этой точки А. Но! Если колесо катится по дороге, то и точка опоры А перемещается в ту же сторону. Эта мгновенная ось вращения проходит через точку соприкосновения нашего колеса с дорогой.

На нашем рисунке сила F1 направлена вверх, но, самое главное, она проходит левее точки А. Поэтому эта сила будет крутить колесо по часовой стрелке и колесо покатится слева направо. А другая сила F2? Подумайте. Колесо будет крутиться против часовой стрелки и покатится налево.

Посмотрим теперь на рисунок велосипеда. Мгновенная точка А находится в самом низу заднего колеса. А вектор силы (передается через веревку) направлен направо и проходит выше точки А. Значит, колесо будет крутиться по часовой стрелке. А велосипед поедет направо. Можно сообразить, что к какому бы месту мы ни привязали веревку к колесу, колесо будет вращаться по часовой стрелке и велосипед поедет назад (вправо). И это не удивительно. Если мы тащим велосипед за любое место в правую сторону, почему он должен ехать в левую сторону? Любое тело движется туда, куда направлена сила.

Answer 2

Это задача на кинематику вращательного движения твёрдого тела. Мгновенная ось вращения заднего колеса проходит через точку его соприкосновения с полом. Сила натяжения верёвки создаёт относительно этой оси момент, вращающий колесо по часовой стрелке. Значит, колесо начнёт крутиться именно по часовой стрелке, а велосипед поедет назад. Интересно то, что к какой бы точке колеса ни привязали верёвку, эффект будет тот же.

Answer 3

Я полагаю, что велосипед вообще трудно установить так, чтобы он не падал, без использования при этом специальных подпорок. Велосипед или едет, или падает, или стоит на месте, но при этом его чем-то подпирают.

Но даже если представить, что велосипед установлен абсолютно ровно и не падает при этом, то судя по рисунку, он должен ехать вперед (т.е. влево - в ту сторону, где у него руль). Если тянуть за веревку в указанном направлении, заднее колесо начнет вращаться в ту сторону, в которую оно вращается, когда велосипед едет (катится) вперед.

А вот если бы веревку привязали в верхней части заднего колеса (а не в нижней), но в той "половине", что ближе к переднему колесу, и тянули бы ее в ту же самую сторону, ответ был бы противоположным.

Answer 4

Сходная, но ещё более интересная задачка была в "Занимательной физике" Я. Перельмана. Там верёвка была привязана к педали, а педаль была в НИЖНЕМ положении. То есть верёвка как бы заставляла педаль крутиться ВПЕРЁД по ходу лисапета.

Значит, чё. Давайте вопросы устойчивости велосипеда оставим за несущественностью. А кого они смущают - будем считать, что у нас лисапет на ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ колёсах. Ну типа асфальтового катка. К устойчивости асфальтового катка вопросы есть? Ну вот.

А тогда, как совершенно справедливо отметил г-н Белодедов, у нес есть некоторое тело, к которому приложена некоторая внешняя сила. Причём В ЭТОМ направлении (по горизонтали) приложена ТОЛЬКО эта сила. Поэтому нет абсолютно никаких причин, по которым тело начнёт двигаться в направлении, противоположном действию приложенной силы.

Теперь усложним задачкую и рассмотрим вариант с верёвкой, привязанной к педали. Ну тут опять можно применить те же рассуждения, что и у Белодедова. Сила трения покоя по определению не может превышать внешней силы, действующей на тело, по фигу как она приложена. Значит, на велосипед (который у нас, напомню, на цилиндрических колёсах) действует сила натяжения верёвки и сила трения покоя - И ВСЁ. Что там получается внутри велосипеда и на какие звёздочки намотана цепь - не парит. Велосипед поедет - или поползёт - НАЗАД.

Answer 5

Не сказано, что веревка вторым концом куда-то привязана. Так, что если крутить педали, то велосипед поедет вперед. А веревка будет за ним волочиться. До тех пор пока не намотается на раму, не заклинит колесо, и не остановит велосипед.

.

А если тянуть за веревку назад, не крутя педали, то велосипед немного продвинется вперед и опять-же остановится.

Answer 6

Конечно же назад если веревка прочна прикреплена к велосипеду, куда не крути будет двигаться назад. Передний колесо не будет вращаться, а задний колесо будет вращаться в перед а велосипед будет двигаться назад, как барабанная катушка будет обматываться на колесо веревка.

Answer 7

Он некуда не поедет пока не потянут за веревку. Если потянут за веревку а он будет находится на тормозах то он тоже некуда не поедет так как он не проскальзывает. Если он не будет находится на тормозомах и за веревку будут тянуть с силой которая больше его сопротивления то он поедет вперед. Получается что он будет либо стоять на месте или поедит только вперед. Назад он не сможет поехать так как он не проскальзывает.

Answer 8

Ответ очень прост если сила действия равна силе противодействия, а в данном случае велосипед не проскальзывает по поверхности, а рычаг колеса и верёвки задаёт ему движение вперёд, но сила тяги за верёвку приложена назад - велосипед не тронется с места вообще!

Answer 9

по моему он просто упадет на правый бок,и ехать никуда не будет,я так думаю

Answer 10

По идее, он должен поехать вперед! Но долеко он не уедет, веревка остановит.))) Неужели это реальная задача по физике? Очень странная задача, не пойму какой в ней смысл. Что за закон она должна объяснить?

Answer 11

Если велосипед привязан и вперед он поехать не может, то он поедет назад. Потому что мы направляем силу, чтобы он ехал вперед, но сила действия равна силе противодействия и он поедет назад на такое же расстояние за минусом силы трения.

Answer 12

По идее, должен поехать вперед. Если натянуть веревку, колесо начнет прокручиваться вперед. Велосипед, вообще-то, заднего хода не имеет.

Answer 13

Если колеса блокированы, то поедет назад - то есть, учитывая скомпенсированные силы, его просто потянут (волоком) за веревочку назад. Если не блокированы, то на четверть окружности колеса велосипед проедет вперед

Answer 14

Он либо стоит либо едет вперед,ехать назад он не как не может так как не прокручивает,что логично.

Если он стоит на тормазах то он будет повалится когда ты дернешь за веревку,конечно же если и передние и задние тормоза)

Answer 15

Он ведь хорошо установлен?)))Тогда будет стоять, а если плохо то просто упадет)))

Answer 16

физика- великая вещь, только ее люди придумали. учитывая, что велосипед не падает и не проскальзывает, а вектор вилы и вектор направления движения параллельны, то движения не будет. вы его назад утянете, а катиться он не будет.

Answer 17

Очень просто:

Все точки колеса движутся по только по циклоидам.

Сила, приложенная в горизонтальном направлении к любой точке заставит её перемещаться по циклоиде в сторону действия горизонтальной проекции силы (только влево или только вправо) и в сторону действия вертикальной проекции силы (периодически: вверх-вниз).

В данном случае велик поедет назад.

Answer 18

Велосипед поехал бы назад, тащимый верёвкой, но условием задачи было то, что он не проскальзывает, а если он не проскальзывает и вперёд не может двигаться из-за верёвки, то значит он будет стоять на месте.

Вот если бы верёвка была привязана к верхней части, то поехал бы назад, но недалеко, только на пол оборота колеса.