摘 要： 摩擦力是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷牧Γ囆旭倳r所受的摩擦力情況較為復(fù)雜，在不同的階段所受的摩擦力可能不同。本文從三種不同情況出發(fā)探究汽車在平直公路上正常行駛時、剎車制動時、轉(zhuǎn)彎時所受到摩擦力的作用，對摩擦力進(jìn)行了分析。
　　關(guān)鍵詞： 汽車 行駛時 摩擦力 作用分析
　　
　　摩擦力在日常生活中處處可見，可以說我們的生活離不開摩擦力。在高中物理教學(xué)中，學(xué)生普遍感覺摩擦力的知識較難，尤其是在運動中分析摩擦力，而汽車在運動中所受的摩擦力情況更為復(fù)雜。摩擦力通常阻礙物體的運動，扮演著阻力的角色，但是在汽車運動中，大多數(shù)情況下摩擦力作為動力，促進(jìn)汽車的運動。汽車的四個車輪中，兩個后輪是主動輪或驅(qū)動輪，兩個前輪是從動輪或?qū)蜉?，在行駛時四個車輪所受的摩擦力和所起的作用是不同的，針對汽車在不同時候所受不同的摩擦力作用，分三種情況進(jìn)行分析。
　　一、在平直公路上正常行駛時所受的摩擦力
　　汽車在平直公路上正常行駛時，可分為啟動、加速、勻速等階段，在這些階段中汽車所受的摩擦力方向都是相同的。那么，到底受到哪些摩擦力？要弄清這個問題，我們就要正確理解摩擦力的概念。摩擦力通常指產(chǎn)生于相互接觸的有相對運動或相對運動趨勢的兩個物體間，且阻礙物體間的這種相對運動或相對運動趨勢。
　　對于主動輪，要使車輪與地面之間產(chǎn)生相對運動，必須有力作用在車輪上，汽車的驅(qū)動力是由發(fā)達(dá)機(jī)提供的。由于后輪是主動輪，在行駛時，發(fā)動機(jī)提供的力產(chǎn)生使主動輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩，力矩的作用效果是使主動輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動，車輪上和地面接觸的點相對于地面有向后運動的趨勢，如果地面絕對光滑，輪子就會在原地打滑，如果地面粗糙，地面對車輪產(chǎn)生了一個阻礙車輪向后滑動的而方向向前的摩擦力，這個摩擦力就是靜摩擦力，靜摩擦力產(chǎn)生一個使主動輪沿逆時針方向轉(zhuǎn)動的阻力矩，使汽車前進(jìn)。汽車從開始22f64667dbf043d3b3fbd26b4b4c3d69ba605d3746e1aedd54e114a7212da459啟動后，立即做加速運動，發(fā)動機(jī)的功率逐漸增大，驅(qū)動力矩逐漸增大，牽引力也隨著逐漸增大，靜摩擦力相應(yīng)地也逐漸增大。但是汽車所受的靜摩擦力的最大值是一定的，這個值稱為“最大靜摩擦力”，最大靜摩擦力等于路面對汽車的垂直支撐力與摩擦因數(shù)的乘積。當(dāng)汽車勻速行駛時，驅(qū)動力與最大靜摩擦力相等，汽車的輸出功率達(dá)到最大值，汽車的運動達(dá)到臨界狀態(tài)。如果驅(qū)動力超過了最大靜摩擦力，車輪與地面之間發(fā)生了相對滑動，靜摩擦力將變?yōu)榛瑒幽Σ亮?，由于滑動摩擦力小于最大靜摩擦力，汽車的牽引力反而會減小，不利于汽車的行駛。
　　對于從動輪，從動輪受到的是被動向前推力的作用，這個力作用在輪子的軸線上，力的作用效果使輪子平動。如果地面絕對光滑，輪子就在地面上滑動，和地面接觸的點相對于地面有向前運動的趨勢，如果地面粗糙，地面阻礙它運動，受到的摩擦力向后，而且力的方向不通過軸心，所以從動輪發(fā)生滾動，這個摩擦力是滾動摩擦力。對于什么是滾動摩擦力，以及滾動摩擦力是怎么產(chǎn)生的，高中生需要進(jìn)一步了解。滾動摩擦力，即一物體在另一物體表面作無滑動的滾動或有滾動的趨勢時，由于兩物體在接觸部分受壓發(fā)生形變而產(chǎn)生的對滾動的阻礙作用，叫“滾動摩擦力”。滾動摩擦力一般用阻力矩來量度，其力的大小與物體的性質(zhì)、表面的形狀，以及滾動物體的重量有關(guān)。滾動摩擦實際上是一種阻礙滾動的力矩，本質(zhì)還是靜摩擦力，是根據(jù)力的作用效果命名的，是靜摩擦力的一種特殊表現(xiàn)。正是由于受到滾動摩擦力的作用，使從動輪被動地向后轉(zhuǎn)動，汽車整體向前運動。
　　二、剎車時所受的摩擦力
　　汽車剎車時，受到地面向后的摩擦力，摩擦力作用位置緊貼地面，相對于汽車的重心有一個力矩，該力矩使汽車向前翻轉(zhuǎn)，而汽車沒有發(fā)生翻轉(zhuǎn)是因為地面的支撐力對它有一個向后翻轉(zhuǎn)的力矩，把前者抵消了，結(jié)果就是汽車前輪受到的地面支撐力比后輪要大。也就是說，在剎車時，汽車前輪對地面壓力大于后輪。而摩擦力與壓力成正比，所以汽車前輪受到的摩擦力大于后輪，即摩擦力對前輪有更大的“前轉(zhuǎn)力矩”，所以為了有效制動，前輪剎車必須能夠提供更大的制動力矩。但是，不能只使用前輪剎車，如果只使用前輪剎車，汽車就有很大的慣性，當(dāng)前輪受到較大的摩擦力時，可能向前或向兩側(cè)翻。也不能只使用后輪剎車，如果只使用后輪剎車時，前輪所受的是滾動摩擦力，摩擦力方向向后，后輪所受的卻是滑動摩擦力，方向向后，由于滾動摩擦力明顯小于滑動摩擦力，因此汽車整體所受的摩擦力近似等于滑動摩擦力。最好的制動方式是采用前后輪同時制動，前后輪同時制動時，前后輪受到的摩擦力均為滑動摩擦，方向向后，汽車整體受到的摩擦力為前后輪的滑動摩擦力之和，明顯大于只剎前輪或后輪。
　　當(dāng)汽車緊急剎車時，會產(chǎn)生輪胎抱死現(xiàn)象，輪胎抱死時，前后輪所受的是滑動摩擦力，汽車的附著情況會變差，車子穩(wěn)定性和操控性都不好，這時候摩擦力反而是最小的。輪胎不抱死時，汽車所受的摩擦力也不一定完全就是滾動摩擦力，還要看制動力的大小情況，一般不抱死時，是邊滾邊滑的制動狀態(tài)，這時候車輪與地面的摩擦力是最大的。裝配ABS的汽車，就是為了防抱死而達(dá)到邊滾邊滑的制動狀態(tài)，達(dá)到最佳的制動效果。
　　三、汽車轉(zhuǎn)彎時所受的摩擦力
　　汽車轉(zhuǎn)彎時，如果受到驅(qū)動力作用，車輪就會受到地面對它的靜摩擦力，靜摩察力的方向與汽車前進(jìn)的方向相同，靜摩擦力為汽車沿切線方向前進(jìn)提供動力。不僅如此，汽車轉(zhuǎn)彎還需要向心力，每個輪子都要受到一個橫向的靜摩擦力，這個靜摩擦力形成向心力，汽車的內(nèi)側(cè)、外側(cè)輪的受力大小是不同的，因此，向心力只是靜摩擦力的一個法向的分力。如果汽車制動，不受驅(qū)動力時，汽車沿切線方向?qū)⒆鰷p速運動，所受的阻力主要自身制動系統(tǒng)提供的阻力和地面的摩擦力。如果地面絕對光滑，汽車與地面之間將產(chǎn)生滑動，但是實際上，地面是粗糙的，汽車的運動是滾動。因此，汽車在減速時，車輪依然向前滾動，地面對汽車會產(chǎn)生切線方向的靜摩擦力。同時，汽車還在轉(zhuǎn)彎，還會持續(xù)受到法向的向心力，向心力還是由靜摩擦力提供的。
　　由于汽車轉(zhuǎn)彎時的向心力是由靜摩擦力提供的，這個靜摩擦力并非大小不變的，當(dāng)物體運動速度v越大，需要的向心力（mv2／r）就越大，此時靜摩擦力就隨之增大，以滿足轉(zhuǎn)彎時的需要，但靜摩擦力只能增大到最大靜摩擦力，若車速再增大，需要的向心力就比所能提供的最大靜摩擦力還要大，車就會做離心運動了。對這一點，可以參考必修二物理課本，這個最大靜摩擦力的大小由路面性質(zhì)、車輪性質(zhì)、車體重力共同決定。
　　總之，汽車在行駛時的摩擦力比較復(fù)雜，并非一成不變的，在不同的時候，不同的情況下，可能不斷變化，靜摩擦力、滑動摩擦力、滾動摩擦力可能同時產(chǎn)生，也可能交替產(chǎn)生。因此，我們要具體情況具體分析，只有掌握了運動狀態(tài)，才能進(jìn)行受力分析，最后確定所受的摩擦力。