创富娱乐摩擦力是阻力还是动力?这问题能愁死

 

2019-03-12 13:14

  汽车能行驶,靠的是轮胎与路面的摩擦力,而行驶过程中,路面摩擦又会对汽车产生阻力,这两点都是毋庸置疑的事实,但逻辑看起来却是互相矛盾的,具体到底是怎么回事呢?

  “轮胎受到的摩擦力作为动力,跟运动方向相同,题目中为什么又说车辆受到摩擦阻力,那摩擦力到底是动力还是阻力。”

  “这个阻力是一种综合作用,比如车辆内部机械装置之间的摩擦力......”

  经常看轮胎问题的老铁都知道,我是一个喜欢刨根问底的人,这种笼统的回答显然无法令人满意。所以这个问题就一直埋在我脑海里,高中经常失眠,就会想想这个问题,持续了一段时间没有任何结果,转眼高三来了,就不再想了。

  今天看到这个问题,回想我这一路走过的历程:大一学材料科学,大三转车辆工程,毕业去搞轮胎,是否都与之有关呢?

  就像乔布斯说的:“不可能从现在这个点上看到将来;只有回头看时,才会发现它们之间的关系。”

  这么多年没做过受力分析了,感觉很陌生(从这儿开始的所有分析都不包括滚动阻力、重力、地面支反力)。

  虽然轮胎与地面接触在这张图上为一条线,这里可以简化为一个点O,并不影响问题分析的结果。M为车轴给轮胎的力矩,使得轮胎相对地面有向右运动的趋势,假设轮胎不打滑的情况下,地面则给与轮胎O点一个向左的力F=M/r。

  接下来我们把F平移至轴心F1=F,根据力的平移定理,力在平移时需要一个附加力矩M1=Fxr=M。这样轮胎可以不受转矩的作用匀速转动,而车轴就受到了一个向左的力,车子就可以向左走了(不会一直加速的,因为有滚阻和空气阻力的存在,这里不讲是为了简化)。

  从动轮的车轴不传递转矩给轮胎,而是给轮胎中心一个向前的力F。这时轮胎上O点有向左运动的趋势,地面给O点一个向右的力F1。这时F1不一定等于F。

  将F1平移至轮胎中心,力平移需要附加力矩M1=F1 x R,轮胎就可以在车轴的牵引下向前滚动了。这些力和力矩都是不平衡的,在加速过程中,会有滚动阻力、空气阻力等与之平衡,达到平衡态。

  辆向左运动,最大程度避免能量耗损在摩擦上面。所以这就是为什么“轮”这个加点在人类技能树上这么重要。

  原来是费力拖拽地上的重物,能量全都耗散在摩擦上面,现在则相当于重物漂浮在半空中,人类从此只需解决减小引入“轮”之后较小的滚阻问题,大大增加了能量的利用效率。

  “也许除了轮子的发明,没有任何其他发明的影响可与文字的出现相提并论。”《文字的力量》

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