物理学谈自行车上的摩擦力
分析自行车上的摩擦力
分析自行车上的摩擦力作者：鲁明来源：《初中生世界·八年级物理版》2013年第03期摩擦力是一种常见的力，当两物体相互接触，相互挤压，并做相对运动或者有相对运动趋势时，在接触面会产生一种阻碍相对运动的力，这个力叫摩擦力.在日常生活和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的.我们总是要增大有益摩擦，减小有害摩擦.下面就以自行车为例来加深对摩擦力的认识.一、自行车上的有益摩擦和有害摩擦自行车上的静摩擦都是有益的.各部件的固定和安装都要用到螺丝和螺帽，必须要把它们旋紧，主要目的就是增大部件之间的摩擦力.如前叉和龙头的固定、连接鞍座在车架上固定、前后轮在车架上固定、脚蹬在曲柄链轮上固定等；后轮胎和地面的摩擦也是静摩擦，因为它是驱使自行车前进的力，所以它也是有益的摩擦力；刹车时刹皮和车轮之间的摩擦能有效地控制车子的行进，所以它也是有益的.自行车上的动摩擦都是有害的.如中轴、前车轴、后车轴、前叉合件、脚踏轴等部件，同时包括刹车把手，它们在转动过程中极易使部件磨损，造成传动或转动障碍，所以它们之间的摩擦是有害的.二、自行车上增大有益摩擦和减小有害摩擦的部位和方法1.自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多.自行车上增大有益摩擦的方法有两种：一是增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；二是用增大压力的方法来增大摩擦.（1）在自行车上有很多部位都是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦的，具体见下表.（2）自行车也有一些地方是采用增大压力的方法来增大摩擦的，具体见下表.2.自行车上减少有害摩擦的方法有两种：一是利用滚动摩擦代替滑动摩擦来减少摩擦；二是给某些部件加润滑剂来减少摩擦.（1）以滚动摩擦代替滑动摩擦的部位和方法见下表.（2）自行车上也有通过给某些部件加润滑剂的方法来减少摩擦的，比如在链条和轴承处.三、车轮所受的摩擦力方向1.脚蹬自行车启动时车轮所受的摩擦力方向如果问自行车是怎样前进的？很多同学都会说这个问题太简单了，“因为人用力蹬，所以车向前进”.实际上如果找一辆可以三点支撑的自行车（如图1），支起它的后撑脚，用手摇动脚踏使后轮转动起来，发现自行车是丝毫不前进的.所以自行车后轮还必须与地面接触才能前进.那为什么后轮着地时蹬车车就能前进呢？当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车与路面之间有摩擦力.那么这个摩擦力的方向是什么呢？这里结合图示加以受力分析.首先，当脚对脚蹬施加向下的作用力F时，链条带动飞轮向前（本文中是以向右为前，向左为后）转动，从而带动后轮沿顺时针方向转动，如图2箭头所示.此时后轮相对于地面有向后的运动趋势，如图3的箭头所示.根据静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向相反，所以地面对后轮产生了向前的静摩擦力f，从而推动自行车能够前进，这就是自行车前进的动力，如图4所示.所以我们把自行车的后轮称为主动轮，而把前轮称为从动轮，是“被迫”旋转的，起辅助行驶和辅助平衡的作用.那前轮此时是否受到摩擦力呢？答案是肯定的.因为此时地面对后轮产生了向前的静摩擦力，使自行车向前运动起来，此时前轮相对于地面向前滚动，如图5箭头所示.而且地面又是粗糙的，所以前轮受到了地面的滚动摩擦力.根据摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，所以地面对前轮产生的滚动摩擦力f的方向是向后的.如图6的箭头所示.那么前轮所受滚动摩擦力有什么用？是用来阻碍自行车的运动的，其方向与自行车前进方向相反.正是这两个力大小相等、方向相反，所以自行车能够做匀速直线运动.2.当停止踏动脚踏板时车轮所受的摩擦力方向当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但整辆自行车由于具有惯性仍然保持向前运动的状态，此时前轮和后轮都相对于地面向前运动，如图7箭头所示.因此地面对前轮和后轮都产生向后的滚动摩擦力f，如图8箭头所示.由于摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反，根据力可以改变物体的运动状态，所以自行车处于减速状态.3.刹车时车轮所受的摩擦力方向刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力属于滑动摩擦力，阻碍后轮沿顺时针转动方向转动.因为接触面所受压力越大，接触面越粗糙，滑动摩擦力就越大.如果此时手握刹车把手压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动得越慢.如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦（原来为滚动摩擦，方向向后），强大的滑动摩擦力f 的方向与自行车前进方向相反（如图9箭头所示），阻碍了自行车的运动，使自行车迅速减速（或迅速停止运动）.4.人通过走路推动自行车行驶时车轮所受的摩擦力方向当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后.示意图如图8所示.那谁和这两个力平衡呢？脚对地面向前的摩擦力.通过对自行车上的摩擦现象的再认识，我们不但进一步巩固了物理知识，而且能够和实际生活相联系，运用已有知识分析、解决问题，体会到物理知识和社会生活有着密切的联系.。
用所学的物理知识分析自行车的力学问题
用所学的物理知识分析自行车的力学问题自行车的结构：工作原理：自行车以轻巧方便，造价低廉等特点获得人们的青睐，成为人类生活中普遍使用的交通工具。
自行车上的许多构造运用到物理学的力学知识。
可将其分为：摩擦力、压强、机械知识和力与运动的应用。
一．摩擦力：①增大摩擦力的运用：（1）刹车皮：通过刹车皮与车圈的摩擦（此时的摩擦为滑动摩擦）。
因为滑动摩擦力的大小与压力的大小和粗糙程度有关，又因为刹车皮的平面粗糙不平，所以滑动摩擦力很大，可以使自行车很快停止运动。
（2）外胎表面的花纹：与刹车皮相同，都是通过增大物体表面的粗糙程度，以获得一个较大的摩擦力，但增大摩擦有什么好处呢？试想雪天汽车打滑，而在轮胎上加链条增大摩擦力之后就不打滑了，所以自行车外胎表面上的花纹是为了防止自行车打滑，更好地“抓住”地面。
②减少摩擦力的运用：自行车转动部分加润滑剂，减少摩擦力。
二．压强：①增大压强的应用：给轮胎充气：人们常说自行车轮胎气要充足，它利用了压强的原理。
做一个小实验：如果将充足气的轮胎的打气孔打开，就会发现气从内向外喷出。
说明了轮胎内部的气压比外界大气压大。
所以给轮胎充气，是为了轮胎内部有大的压强，有向外的压力，使轮胎在重力的作用下不易变形（即发生形变）。
当然不能充太多气，因为如果重力太大，就会使其形变过大，导致其体积变小，压强变大导致压力变大，最终使轮胎爆裂。
②减少压强的应用：坐垫呈马鞍形：为了增大身体的臀部与坐垫的接触面积，由P=F/S得，当F不变时，S越大，P越小，所以坐垫呈马鞍形，可以减少臀部所受到的压强，使人骑车舒适。
三．机械知识：①省力杠杆：前刹示意图（1）前刹：因为L1＞L2，且此杠杆是绕O转动的所以有L1*F1=L2*F2知F1＜F2所以前刹是一个省力杠杆,可以用很小的力使自行车很快刹住.同理,后刹也是一个省力杠杆.注:前刹也利用了增大摩擦力的原理。
通过增大压力(通过杠杆用很小的力而产生的)来增大摩擦力，使自行车很快刹住。
自行车中的物理原理研究报告
自行车中的物理原理研究报告自行车是一种常见的交通工具，其运动原理涉及到多个物理学原理。
本文将从以下几个方面对自行车中的物理原理进行研究。
一、牛顿第一定律牛顿第一定律也被称为惯性定律，它指出物体在不受外力作用时，将保持静止或匀速直线运动的状态。
在自行车中，当车辆处于匀速直线运动状态时，车轮的惯性会使车辆保持运动状态。
二、牛顿第二定律牛顿第二定律也被称为运动定律，它指出物体的加速度与作用于物体上的力成正比，与物体的质量成反比。
在自行车中，当骑手踩踏脚踏板时，骑手的力会作用于车轮上，使车轮产生加速度，从而推动车辆前进。
三、摩擦力摩擦力是一种阻碍物体运动的力，它由接触面之间的微小不规则形状产生。
在自行车中，摩擦力会影响车轮与地面之间的摩擦力，从而影响车辆的行驶速度和稳定性。
为了减少摩擦力的影响，自行车轮胎的表面通常采用光滑的材料，以减少与地面的摩擦。
四、空气阻力空气阻力是一种阻碍物体运动的力，它由空气分子与物体表面之间的碰撞产生。
在自行车中，空气阻力会影响车辆的行驶速度和稳定性。
为了减少空气阻力的影响，自行车设计中通常采用流线型的车身和车把，以减少空气阻力的影响。
五、动能和势能动能和势能是物理学中的两个重要概念。
在自行车中，当骑手踩踏脚踏板时，将机械能转化为动能，从而推动车辆前进。
当车辆上坡时，骑手需要将机械能转化为势能，以克服重力的作用，从而保持车辆的运动状态。
综上所述，自行车中的物理原理涉及到多个方面，包括牛顿定律、摩擦力、空气阻力、动能和势能等。
了解这些物理原理可以帮助我们更好地理解自行车的运动规律，从而更好地掌握自行车的驾驶技巧。
自行车中的物理原理
自行车中的物理原理自行车物理原理结构刹车摩擦力日常生活中有许多事物看似非常简单,但却涉及了许多深刻的物理问题,需要运用物理学原理去解释。
通过对这些事物的分析研究,能够将物理学融入到实际生活中,拉近学生与物理的距离,提高学生的学习兴趣,并有助于培养学生发现问题、解决问题的能力,促进学生形成科学的思维方法。
自行车是学生非常熟悉的一种交通工具,其中却蕴含了很多物理问题。
下面通过探讨自行车中的几个物理问题,说明如何将物理知识与生活实际相结合,用物理知识解释生活中的现象。
自行车主要由支撑架构、车轮、传动装置、转动装置和制动装置五个部分组成。
它的每一个部分都包含着许多不同的物理问题。
一、自行车的基本结构自行车结构虽不复杂，但是每一部分的设计都有着丰富的物理原理。
要研究自行车，首先要研究的便是自行车的基本结构。
下面，我们通过图文结合的方式来了解下自行车的基本结构。
自行车的整体结构自行车的前端自行车的坐垫自行车的前轮自行车的牙盘自行车中部的三角支架以上这些结构当中的物理原理不计其数，在这里我们举了以下三个例子：1、自行车的车座为何设计成马鞍型？答：因为这样可以增大人与车座的接触面积，减小车座对人的压强，人骑车时感到舒服，骑车不易感到疲劳。
2、车坐下的弹簧有什么作用？答：弹簧可以起到减震作用。
3、自行车的手把、脚踏板、轮胎等处，为什么会做有凹凸不平的花纹？答：这些凹凸不平的花纹可以通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦。
二、自行车车轮的物理问题(1)自行车的轮胎是圆形圆形有一个其他几何图形所不具备的特点,就是无论它进行怎样的旋转,通过圆心及圆上任一点的距离永远相等。
这样就可以保证车轮在运转的过程中,车轮的重心时刻保持不变,且其动力臂和阻力臂也时刻保持不变,这样自行车才能运行平稳。
(2)自行车轮胎用橡胶制成,并充满气体自行车的车轮是橡胶制作的,并且橡胶内充满了空气。
橡胶具有弹性,橡胶内的空气可以形成一个气垫,这样做可以减少自行车运行过程中所受到的冲力,达到缓冲减震的目的。
自行车初中物理知识点总结
自行车初中物理知识点总结变速系统自行车上的变速系统通常由前后变速器、变速手柄和链条组成。
变速系统的作用是让骑行者根据行驶环境和路况来选择合适的齿比，以提高骑行效率和舒适度。
在物理学中，变速系统的原理涉及到机械力的转换和传递。
当骑行者使用变速手柄来改变齿比时，变速器会通过链条将骑行者的踏板力转换成轮辐上的推动力。
这个过程涉及到摩擦力、力的传递和机械能的转化等物理知识。
轮子的运动原理自行车上的轮子是支撑整车重量和提供行驶动力的重要零部件。
在物理学中，轮子的运动原理涉及到牛顿定律、动能和转动力矩等知识。
当骑行者骑行时，轮子会通过与地面的摩擦力来提供推动力，使自行车前进。
同时，轮子的转动也会产生动能，这个动能不仅可以用来提供行驶动力，还可以在制动时被转化为热能。
力的平衡在骑行过程中，自行车会受到多种力的作用，比如重力、推动力和摩擦力等。
在物理学中，力的平衡是一个重要的概念。
当自行车前进时，骑行者需要保持平衡，这就需要通过改变重心位置和调整转向来使得各种力保持平衡。
同时，当自行车骑行在不同的路况和坡度上，骑行者也需要根据受到的推动力和摩擦力来调整力的平衡，以保持自行车的稳定性。
动量守恒自行车行驶过程中，会出现加速、减速和转向等情况，这些变化涉及到动量和动量守恒的物理知识。
在自行车骑行时，骑行者需要通过踏板和变速系统来改变自行车的速度和方向，这就需要考虑到动量守恒的原理。
根据动量守恒定律，自行车在行驶过程中，它所受到的合外力将改变自行车的动量，从而实现速度和方向的调整。
力的合成与分解当自行车在行驶中需要爬坡、加速或者刹车时，骑行者需要通过不同的方式来施加力以实现目标。
在物理学中，力的合成与分解是一个重要的知识点。
通过力的合成，骑行者可以将多个力合成成一个合力，以实现爬坡或者加速。
而在刹车时，骑行者则需要通过分解力的方式来实现刹车效果。
摩擦力的作用在自行车行驶过程中，摩擦力是一个不可忽视的因素。
它不仅会影响自行车的推动力和制动效果，还会影响自行车的稳定性和舒适度。
自行车受到的摩擦力分析
自行车上的摩擦力研究报告认识了摩擦力，探究了影响滑动摩擦力大小有两个因素，并知道增加有益摩擦和减小有害摩擦的方法。
摩擦力通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。
滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时，所受到的阻碍物体相对运动的力。
影响滑动摩擦力大小有两个因素： 1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关，接触面粗糙程度一定时，压力越大摩擦力越大。
2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大。
在日常生活中和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的。
我们总是要增大有益的摩擦，减小有害摩擦。
增大有益摩擦的方法有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
减小有害摩擦的方法有多种：1、减小接触面的粗糙程度来减小摩擦；2、用减小压力的方法来减小摩擦；3、利用滚动摩擦来减少摩擦；4、给某些部件加润滑剂；5使两个接触面彼此分开，如：气垫船、磁悬浮列车都是利用这种方法减小摩擦的。
生活中到处都有摩擦力，为了进一步了解摩擦力，锻炼自己理论联系实际能力，了解物理与实际生活的联系，我们对结构比较简单，应用比较广泛的自行车进行了研究。
研究方式：1、查阅教材进一部熟悉有关摩擦力的知识。
2、拆卸、观察自行车的结构。
找出与摩擦力有关的部分。
3、询问老师、家长和修车师傅有关自行车的一些问题。
4、亲自去骑不同类型的自行车，具体体会它的不同之处。
5、利用网络资源收集有关自行车的资料。
6、分组分析讨论，大家合作，形成实验报告。
研究内容：一、自行车上增大有益摩擦，减小有害摩擦的方法自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多。
自行车上增大有益摩擦的方法大抵有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
自行车很多地方都采用了第一种方法来增大摩擦-----增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的.例如：图1：自行车的把手做成有花纹的图2：自行车的踏脚有花纹图3：轮胎做有花纹自行车也有一些地方是采用第二种方法---增大压力的方法来增大摩擦，如：自行车上用来固定零件的螺丝和螺帽必须要悬紧，以增大压力，增大摩擦力，防止螺帽脱落（如图4）。
自行车上的物理学原理浅析
生活物理炻在f 教学参考第50卷第4期2021年4月目行车上的物理学原理浅析平(昆山震川高级中学文章编号：l 〇〇2-218X (2021 )04-0042-02江苏昆山 215300) 中图分类号：G 632.42文献标识码：B摘要：从物理来源于生活的理念出发，指出生活中随处可见物理现象为切入点；以自行车的翻 车现象，探讨自行车中所蕴含的物理学原理。
关键词：自行车；刚体；非惯性系；惯性力_、_辆自行车引发的惨案儿时的惨痛记忆：大部分人都骑过自行车，如 果在快速骑行的过程中猛刹前闸，自行车就会向前 翻滚.于是惨案发生。
那么凶手是谁？物理知识能 帮我们找出真相吗？1.事实和推理的巨大冲突(1)翻车实验：将自行车简化成均质且对称的 刚体模型进行分析（如图1)。
抱死前闸后自行车 急剧减速，受力如图1所示。
我们可以得到这样的 结论：如果自行车向前翻动，那么离地瞬间后轮的 支持力F N ，—定等于0。
(2) 逻辑推理：自行车减速滑行，翻车前合力矩2 M 等于0,选择重心C 下方O 点作为支点，为了方便数据处理，设及）= ST ) = ^D =|。
这样/?,|、/；'/;、7«尽三力的延长线过支点，合力矩[]\4 =F n , •* Y = 〇,F n ' =F n < °(3)冲突爆发：若F N i =0,那么F n;—定也等于 〇,由于支持力均等于〇,我们不但无法解释自行车 为什么向前翻转，自行车更是诡异地呈现出完全失 重的状态。
2.解决冲突的思路在之前的推理过程中，由于自行车处于变速状 态，因而随意把〇点设为支点，并认为2 M =0,这 是不严谨的。
证明的出发点是错误的，自然f N | =的结论也是错误的。
如果我们能让车静止.就可以任意选择支点， 这样仍可以用2来解决问题。
想让车静止其实很简单，以自行车本身为参考系即可。
但由此 也衍生出一个问题：把做变速运动的自行车作为参 考系，就不再是我们熟悉的惯性系，而必须考虑在 非惯性系下，牛顿运动定律是否适用的问题了。
研究性学习结题报告课题 研究自行车中的摩擦力问题
研究性学习结题报告:课题:研究自行车中的摩擦力问题课题组成员:初二（1）（2）班第一小组:李美丝、陈雅茹、洪珊珊、王俊、赖明雅、张曙曙、洪婷婷、蔡锡炜指导老师:苏享光一、问题的提出目前，世界环境日益遭到破坏。
随着地球气温的升高，人们便开始关注大气污染，而交通工具尾气排放又使之愈演愈烈。
因此，自行车变成了最为环保的“绿色交通工具”。
中国作为一个自行车大国，自行车廉价、轻便，深受许多上班族、学生族的青睐。
但据相关调查表明，每年因自行车引起的车祸正以惊人的速度增长。
怎样提高自行车的安全性，便成了人们关心自行车的话题。
我们课题组主要通过各种方式的调查和研究，了解市场上的自行车，使人们对自行车有个了解。
我们课题组成员通过研究自行车中的力学，查阅资料，数据计算，目的就在于探索自行车中零件是如何搭配，以及其工作原理。
对于自行车的研究，不仅可以拓宽我们的知识面，培养我们的动手能力，以及发现一些以前未曾知道的现象，提出一些适当的建议，近而减少交通事故的发生。
我们也希望将课本上学到的物理知识应用到实际中去，增强我们的各方面的能力。
至于研究中出现的困难，我们一定努力克服，这也有利于我们能力的提高。
二、研究的目标1、弄清自行车的构造，彻底分析自行车中的摩擦力问题，分析如何减小有害摩擦和如何增大有益摩擦2、设想出更加轻便、快速、高效、造价低廉的自行车。
三、研究的方法1、研究对象市场上的自行车2、研究方向摩擦，包括车胎与地面、刹车与车胎之间。
3、研究步骤：（1）实地考察（2）收集资料（3）进行实验4、小组成员交流5、得出结论6、提出设想四、研究的结果与分析〈一〉摩擦摩擦力就是接触阻碍或帮助物体运动的力。
它是一种接触的力，它的大小与接触面压力的大小和接触面的粗糙程度有关，它包括静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦。
当你用一个力推自行车，因力较小，自行车尚未滑动，这个力可以说是静摩擦力。
那根据以上所得，在压力相同的情况下，摩擦阻力越小，小车滑得越远，但不是摩擦越小越好。
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物理学谈自行车上的摩擦力
作者：李桂花文章来源：数理化研究
摘要:自行车是人们最常见的交通工具,自行车在前进过程中前轮受滚动摩擦力,方向向后;后轮受向前的静摩擦力,它们和空气阻力等一起使自行车保持或改变运动状态。
关键词:自行车;接地点;相对运动;摩擦力
自行车是城乡最常见的交通工具,在高度的发达的大城市,自行车也被用于健身和休闲。
那么自行车是靠什么向前运动的呢?有人说靠脚蹬,我们把自行车当做一个质点,脚蹬只是使轮子转动,为什么整个自行车向前运动呢?
实际上在用力蹬的时候,自行车只所以能向前运动是摩擦力起作用的缘故。
先假设整车原地不动,当人们用力蹬车时,脚蹬子带动轮盘一起转动,然后通过链条传递给后车轮,后轮变开始转动,这时后轮胎的接地点要相对于地面向后运动。
假若自行车跟地面没摩擦,或者说摩擦力等于零。
那么它就只能在原地转动,就像汽,这种情况我们大都见过。
车后轮打滑时汽车不能前进一样而正常情况下,车胎接地点与地面之间不可能无摩擦,当人用力蹬车时,轮胎要转动,使接地点有相对于地面向后发生相对运动的趋势,这时,轮胎接地点受到地面所提供的向前的摩擦力,正常情况下自行车后胎接地点与地面之间只有发生相对运动的趋势而不会发生相对滑动,因此车胎受到的是静摩擦力。
如图:
前轮在整车前进的过程中,是在地面上被动滚动的,就如同一个圆木在平面上滚动一样,受到的是跟相对运动方向相反的滚动摩擦,即方向向后的滚动摩擦力,它的作用是阻碍整车向前运动。
如果是刚起步,则力F大于前轮的摩擦力和所有阻力之和,车子做加速运动,在平稳的匀速运动状态中,则力F等于前轮的摩擦力和所有阻力之和。
还应该明确: ①摩擦力是成对出现的,在轮胎接地点受到向前的,也给了地面一个向后的力,二者是一对作用力和反静摩擦力的同时作用力,只是地球质量太大了,受这么
点儿的力不会有明显的运动状态的改变,并且地面受的这种力因数量多而方向各不同,也就相互抵消了,前轮也一样。
在自行车匀速运动的时候,人仍在用力蹬车。
②为了克服各种阻力,使车在水平方向受到的各种力的和为零,保持匀速运动,但不能说(蹬车的)力是维持自行车运动的原因。
③力是改变自行车运动状态的原因起步时需用更大的力蹬车,使F大于各种阻力之和,车子不断加速(由静止到运动,运动状态发生了改变)。
知识来源于生产实践,学习知识目的也是为了更好地指导生产实践活动,因此,我们要善于从生活和生产实践中挖掘这样的事例,引导学生把所学物理知识应用到实际中去,这样,既可以提高学生的学习兴趣,还可以提高学生分析问题研究问题的能力,为使学生更好地学会研究性学习打下良好的基础。
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