车轮上的物理
——静摩擦力扮演的角色
2013-08-17赵加良
物理通报 2013年1期
赵加良
(大溪中学 浙江 台州 317525)
在汽车日益普及的年代,我们从各个途经接触到汽车的相关资讯,在结合所学的物理知识后也在心中产生了一些疑惑:为什么介绍一辆车的性能只讲扭矩的大小而不说动力有多大?驱动轮转动时,轮胎表面与地面之间产生静摩擦力,这个静摩擦力才是推动汽车前进的直接动力,那么汽车的动力与静摩擦力有什么样的关系?这个静摩擦力是直接动力,使汽车产生加速度,但是为什么又不做功?从功能关系可知,汽车的动能来自汽车发动机消耗汽油的化学能,但汽车发动机产生的内力又不能使汽车产生加速度,这又该如何解释呢?等等.以上的这些问题,笔者认为均与静摩擦力在车轮上扮演的两个角色有关.
1 静摩擦力的角色作用之“代言”
我们先从汽车的驱动轮受力情况分析.一般汽车的前轮为导向轮,后轮为驱动轮.以无滑滚动为例,由于发动机带动传动装置使后轮受到一个驱动力矩的作用,产生转动,使后轮与地面接触处相对地面有向后运动的趋势,于是路面对后轮产生向前的静摩擦力f1,这个力就成为车辆前进的直接动力.
如果没有发动机带动后轮的转动就不会有静摩擦力f1的产生,而这个f1又表现为汽车的驱动力,就这样,静摩擦力f1“代言”了汽车发动机产生的驱动力.
理论上,驱动力的大小与扭矩有这样的关系:

实际上,当路面与轮胎间条件发生改变时,路面与轮胎间的最大静摩……
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