推胎转向的物理原理浅析——吐血原创!!

这个帖子实在是搞的我太累了,也可能是我太较真儿,当然,不较真就不会发这样的帖子了,哎……各位大侠抬抬手别再回复了,让这帖子沉了吧!

































































































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《弯道圣经》里说:“推胎”或“推舵”转向是唯一正确的转向方法。各位摩友想必已经非常清楚什么是推胎转向,即,当摩托车以一定速度行驶时(注意,理论上讲,这个速度应该是任何速度,多快多慢都可以,只是速度过慢的情况下,其他的外部扰动的作用就不可以忽略不计了)将方向舵向某一方向推动,摩托车将向相反方向倾斜,随后摩托车将以一个圆心在摩托车倾斜方向一侧的圆做圆周运动,从而完成转向动作。

       本人新手,弯道技巧并不熟练,甚至可以说完全空白。但本人有一定的物理学基础,且很有兴趣用我有限的物理学知识解释推胎转向这一技术动作,并且希望能够完成简单的定量分析,以帮助我自己和广大摩友敢于且科学的使用这一技术。因为本人实践经验和能力非常有限,本文是纯粹的理论分析,有与实践相悖的地方请大家提出来,我会尝试改进理论分析,或者尝试找出分析中的错误。

 

首先我要将推胎转向的全过程进行分解:

 

过程1:推动方向舵。这里的过程1严格定义为刚刚施加了一个力给方向舵,而方向舵马上要转动可还没有转动那一瞬间;(这个貌似在后面分析力没用到,但是放在这里先)

 

过程2:方向舵转动且车身倾斜。这里的过程2严格定义为从过程1那一瞬间之后的那一时点到车身倾斜到一定角度,理论分析取0~90度的任意值,现实中显然不可能;

 

过程3:车身倾斜且车身开始做圆周运动。这个过程其实和过程2是同时发生的,只不过研究对象不同,过程2主要分析了车身的转动过程,而过程3是分析车身的平动过程。学过《大学物理》的都知道,分析一个刚体的运动,要分平动和转动分别进行分析,推胎转向的分析就是这样,没学过的朋友也没关系,现在知道就行,分平动和转动两部分分析。

 

整个分析的核心在于过程2 和 过程3的分析。

 

好,接下来明确一些物理概念,为了便于理解我可能会做一些不严谨的讲述,物理大神们不要喷我啊。

 

一、一些概念

 

概念1:惯性

惯性的定义是:物体保持它原来运动状态的性质。比如车辆高速行驶的时候,你要让它停下,就要给车辆施加与其运动方向相反的力,而车本身还要保持它原来的高速行驶的状态,所以,你施加这个力得过一段时间才能把车停下来,而不是你一加力,车马上停下来。平动的情况下,这个平动的惯性和物体的质量m有关,质量越大,惯性越大,就是保持原来运动状态的能力越强,原来的运动状态用速度的大小和速度的方向描述,质量和速度的乘积叫动量,动量越大这个原来的运动状态就约难以改变,你施加一个力F要让v变成0,所需要的时间t就越长。

 

重点来了——物体转动的时候的惯性。想一个场景,一根绳子一头绑了块石头,然后你抓着绳子另一端抡这个石头,石头被绳子拉着以你手为轴转动。ok!这个绳子-石头组成的物体(简称绳石)的转动行为同样拥有惯性,即,保持原来运动状态的性质。Ok!什么是原来运动状态?平动的时候,一头100kg的猪,向东,100km每小时速度狂奔就是原来的运动状态,质量、速度的大小、速度的方向,这三个参数描述了原来的运动状态。那我们的绳石组合本来的运动状态怎么描述?ok!同样三个量,看不懂没关系,先记住,有这么三个量:转动惯量、转动的速度、转动的方向,注意,这里转动的速度我们用角速度来描述,就是每小时转过多少角度,每小时转一圈,角速度就是360度每小时,两圈就是720度每小时……;那方向呢?!ok!伸出你的右手,四个指头握向转动的方向,然后翘起你的大拇哥,ok!大拇哥的方向就是角速度的方向。(不要问我为什么!真想知道为什么自己学大学物理去,这里只记住角速度方向怎么看!!一定要记住!)

Ok,第一个参数 “转动惯量” 是什么? 这个量和平动中的质量很相似,平动中速度相同的情况下,死胖子的惯性更大!转动的时候也一样,同样的角速度转动,还是死胖子的惯性大,只不过,这个死胖子不是简单的质量大,而是转动惯量大。(能类比就行,多说一句,可以不看:转动惯量和那个石头的质量成正比,且和石头距手(转动轴)的距离成正比)

 

好的,同学们,一起看一个例子,看看有没有理解,转动的时候原来的运动状态是什么?怎么描述?

 

还用绳石组合做例子,你拿着绳石组合,在头顶上顺时针(你自己抬头看,顺时针)以每分钟2000圈的速度抡,什么是这个组合原来的运动状态?石头的质量m乘以绳子(假设绳子比石头轻好多好多倍)的长度r(这个就是转动惯量设为I,转动里的死胖子!),再乘以大小为W方向指向天空(右手……大拇哥……嘿嘿)的角速度,这个就是原来的运动状态,你要想改变它,不论改变大小,或是改变方向(大拇哥!),它都有保持他原来的大小和方向的性质,就是你想做出改变,有个力量会跟你作对,这个力量很重要,它就是为什么你推动方向舵车子会倾斜的力量源泉。

 

2、非惯性参考系

假如有一个为F的力拉着一个小板车往前跑,你在板车上跳舞,我只想分析你相对于板车的运动,也就是把板车看车不动的,最简单的分析就是在分析你的运行状态时永远加上一个-F的力就行,这个-F叫惯性力,因为板车不是静止或匀速直线运动的,所以他不是惯性参考系,而是非惯性参考系,所以如果假设非惯性参考系静止来做分析,系统里的所有物体天然受一个惯性力-F,大小是F方向与加速度方向相反

 

转动系统也可进行类比,我这里就不细说了。

 

二、过程分析

 

好了可以开始讲过程2了,为什么往左推舵(左手拉,右手推),车身会向右倾斜?(反之亦然)

 

如下图:


摩托车以V0的速度向前行驶,前轮先前以W1的角速度转动,同学们,角速度的方向是什么?右手拿出来,四个指头顺着W1握,大拇哥的方向!没错!方向是朝着屏幕指向你。V1是轮子的线速度,没有打滑的时候应该和V0是相等的,且等于W1*轮子的半径,好我来再画个俯视图如下图:



图中的I1是前轮的转动惯量(忘了吗?转动中的死胖子),简化计算可以用轮毂+轮胎的总质量乘以轮胎半径的一半。准确计算就是(哈哈,可以忽略)先取得轮毂+轮胎质量沿轮毂半径方向的分布函数,然后在极坐标系里积分(0~2pi,0~r),大学理工科狗应该明白。W1是前轮的转速,注意,是角速度。I1*W1就是前轮的角动量。


Ok!我们这时候要开始推胎了,拉左手,推右手,前轮以通过圆心和地面支点那个轴向左发生转动,转过一个角度α,转动后的角动量,大小没变,方向发生了变化,变成了I1W1’ ,如图所示,I1W1与I1W1’的夹角是α。


根据角动量守恒定力,转动前轮的力是通过前叉施加在前轮轴上的,我们以轮轴所在的这个点为整体分析中的支点,那么施加在支点上的力对整个系统不产生力矩,角动量应该是守恒的,也就是说,I1W1=I1W1’+M1,这个M1是推舵后为了满足角动量守恒产生的一个角动量,M1如图所示(矢量加法,三角形,高中数学)。这个时候拿出你的右手,大拇哥指向M1的方向,看看你的四个指头,就是转动的方向,谁转动的方向?整个车体!支点在哪里?轮胎与地面的接触点。这样,大概解释了为什么推舵后,车体会超相反方向倾斜。当然这个是两个定态的分析,动态过程的话大家想想我之前讲的惯性,大概体会一下就行了。

  

接下来解释过程3,为什么倾斜了就会转弯?或者说本来是直线行进,为什么倾斜了就会做圆周运动?为什么可以稳定在一定的倾斜角,而不会倒下来?


 首先解释为什么可以作圆周运动,这一部分咱们不考虑人车体系的转动问题,只考虑平动。如下图,车体受这三个力,支持力N与重力mg平衡,摩擦力f为圆周运动提供向心力,在这样一个受力情况下可以满足圆周运动的要求。


 

但是问题又来了,这个摩擦力哪里来的?为什么是这个方向?为什么车体倾斜了就有,而直立的时候就没有呢?这和圆周运动又有什么关系呢?这个问题和车为什么不会倒的问题可以联系起来解释

 

简单点说吧,当车体如图向左倒的时候,轮子与地面接触的那个地方应该是有个向右的运动的趋势,于是产生了与趋势方向相反的摩擦力,这个摩擦力总是与摩托车运动方向垂直,正好符合向心力的特点,于是车体就会做圆周运动。

 

至于车体为什么不会倒下我们就得研究车体的转动问题。车这个时候在做圆周运动,我们假设他是静止的,也就是以非惯性系为参考系,那么系统内的研究对象天然受一个惯性力,这个惯性力是什么呢?对了!就是与向心力方向相反的离心力,如下图


 

大家可以看到,离心力L在车体垂直方向的分量,与重力在车体垂直方向的分量可以平衡,而他们在车体方向的分量穿过支点,对转动体系不产生力矩。因此车子处于以轮胎为支点的转动平衡状态,所以不会倒下。

 

所以大家应该清楚,圆周运动是车子不倒下的最主要原因。

 

另外大家可以看到,摩擦力是由重力在车体方向的分量这个压力产生的,如果车身倾斜越大,这个分量就会越小,最终摩擦力没有办法满足这个速度下圆周运动的要求,车就会滑出。楼下有位朋友指出,摩托车轮胎胎面的弧形设计正是为了增加车子倾斜后与地面的面积从而增加摩擦力而设计的,这点补充的很到位。

 

定性分析就到这里,有说的不对的地方请大家指出。

 

如果后面有时间,楼主还想做一点简单定量分析,就是推舵多少度会产生多大角度的倾斜,这个分析很难做到准确,但至少从量级的概念上让大家有个理解。

 

今天就到这里,谢谢。

 

美术是体育老师教的,不好意思啊。


实干兴邦,意淫伤身,楼主由于定的车还没到只能在这里意淫。等车车来了,一定穿上护具,找个没人的地方,好好练习推胎转向,多摔几次客服恐惧。


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什么?~!!!楼主辛苦写的理论分析贴因为照片太少无法申请射精?!!!!妈**!上水图!


先上楼主家的小狗们!









曾经口水的er6f


楼主订的KTM duke 390


够不够???!!

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2026/2/20 13:18:55