火车轮轨之间接触面积很小,它的滚动阻力也很小
什么是滚动摩擦?抓地力就是滚动摩擦力,在轮子滚动的过程中,滚动摩擦力起到稳定瞬心的作用。只有轮子与地面之间的摩擦力足够大,轮子才不会打滑,否则它就不能前进。反过来,抓地力大也可以缩短制动距离。
当f=0时,滚动不会发生;如果车轮打滑,f是滑动摩擦力;只有当摩擦力f足够大,使得O能与地面保持瞬时相对静止,车才会动起来。这个时候,滚动摩擦力f就是静摩擦力。
F1赛车玩漂移,它的后轮处于滑动摩擦状态
值得注意的是,静摩擦力矩= 静摩擦系数×正压力。在滚动摩擦的情况下,车轮与路面的摩擦系数、车辆重量都不变,“抓地力”应该与车轮-地面的接触面积无关。
难道老司机的经验是错误的?
我们知道,滚动摩擦力矩 f=N·e
当车轮滚动时,f = 静摩擦力矩 = 正压力×静摩擦系数
N等于正压力,但e显然不是静摩擦系数,它们只是等效关系。汽车的橡胶车轮不是刚性体,当它与地面接触时,在压力作用下,橡胶轮胎的表面会与地面粗糙表面发生咬合。当接触面积变大时,咬合面就更多,它的最大静摩擦系数也随之增大。因此,在正压力不变的情况下,车轮与地面的接触面积更大,它的抓地力就更强,更不容易打滑。
老司机没有错。
F1赛车使用宽大的光头胎,为的就是加大抓地力
例外情况是,在冰雪路面行驶时,宽胎比窄胎的压强小,所以更容易打滑。此时应该采用雪地胎或加装防滑链以增大咬合面积,这样可以增加静摩擦系数。
车是由滚动摩擦推进的吗?从前面两节的分析,我们可以初步得出结论:尽管数值有可能相同,但滚动摩擦力与滚动阻力不是同一个力,它们的物理概念也不相同。
滚动阻力是阻碍车辆前进的力,那么滚动摩擦力是推动车辆前进的力吗?
自行车有两个大小相同的轮子,我们来分析它们的受力情况:
自行车运动时车轮受力情况
自行车前后两个车轮的摩擦力方向相反,这是由其动力来源决定的。自行车通常以后轮驱动(后驱小轿车也一样),后轮摩擦力f为主动摩擦力,前轮f为被动摩擦力。无论是主动摩擦力还是被动摩擦力,它们对瞬心O都没有力矩作用,对于滚动的车轮来说,摩擦力f既不是阻力也没有起到动力的作用,它仅仅是稳定瞬心O,使其不产生滑动位移。
真正推动车辆前进的,是作用于后车轮轴心的旋转力偶,它体现为滚动力矩P·h,当P·h克服滚动阻力力矩G·e时,车轮才能向前滚动。
总结一、滚动摩擦力是滚动的条件。车轮在滚动的过程中,滚动摩擦力起着稳定瞬心的作用,它确保在滚动过程中始终有一个点与路面保持静止。尽管它不能推动车轮向前,也不会拖着车轮向后,但只有车轮不打滑,车子才有可能动起来。