汽车行驶过程中地面对车轮摩擦力的作用，本文主要内容关键词为：摩擦力论文,车轮论文,过程中论文,作用论文,汽车论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
我们知道汽车行驶的动力源是汽车的发动机，我们又说汽车行驶是受到了牵引力的作用。发动机的驱动力和汽车所受的牵引力是什么关系？显然，我们要想到汽车车轮所受地面的摩擦力。没有摩擦力，汽车是不能行进的。但是，汽车行驶过程，若轮子作无滑滚动，车轮与地面接触点的瞬时速度为零，则摩擦力做功为零。摩擦力不做功，其对汽车获得的加速度和平动动力有什么贡献？本文将对上述问题进行分析、论证，给出明确答案。
一、对牵引力本质的讨论
由(4)看出，驱动力矩所做的功数值上等于汽车平动动能与车轮转动动能的增量。或者说，驱动力矩做功将其他形式的能转化为汽车的平动动能和车轮的转动动能。驱动力矩做功的实质是驱动力做功，因此可以说汽车发动机的驱动力就是汽车的牵引力，牵引力的性质可以用
明确表示。
二、摩擦力所起作用的分析
假定汽车运动过程中，车轮作无滑滚动，由于车轮的运动是自身转动与随车身一起平动的合运动，车轮与地面接触处边缘的线速度与平动速度大小相等、方向相反，其合速度为零。由P=Fv，瞬时功率为零，则瞬时做功为零。虽然摩擦力做功为零，但在汽车行驶时其在能量转化过程却具有重要且关键的作用。
按我们的假定，汽车后轮为驱动轮，前轮为从动轮。为研究方便，我们假想先将汽车悬空启动发动机，然后让汽车落地获得一定速度。从这一过程中分析摩擦力所起的作用。
将汽车悬空，启动发动机，使后轮获得角速度ω′，获得的转动动能为
。然后汽车落地运动，轮子与地面间为无滑动滚动，角速度变为ω。（下面表达式中，S表示汽车平动发生的位移，θ表示平动S位移时车轮转过的角度，其他符号与前相同）
考虑转动动能的变化情况：
汽车悬空时，只有汽车驱动力矩做功：
落地后，发动机驱动力矩和后轮所受摩擦力力矩共同对后轮做功，其力矩做功的和等于转动动能的增量：
由(7)式看到：摩擦力对后轮为阻力矩做功，其作用是使车轮应获得的转动动能减少。现在考察减少的转动动能的去向：
由(4)式积分：
对整车的平动，由平动动能定理：汽车所受合外力所做的功等于汽车平动动能的增量。
对照(8)、(11)两式：后轮摩擦力矩做功使转动动能减少的数值与平动后轮摩擦力做功的数值大小相等，方向相反，后轮所受摩擦力做功的和是零。但通过上面的讨论，可以清晰地看到后轮摩擦力的作用：将驱动力矩所产生的转动动能，除去后轮转动动能以外的部分转化为整体的平动动能和前轮的转动动能。这是实现能量转化的关键因素。
(11)式中，前轮转动动能
，是前轮所受摩擦力使汽车平动动能减少并使减少的平动动能转化为前轮的转动动能。
三、汽车平动加速度和平动动能的获得
1.平动加速度的获得
内力不能使系统产生加速度。驱动力矩使车轮旋转，车轮与地面之间产生摩擦力，此摩擦力对汽车来说是外力。只有凭借外力系统才能产生平动加速度。假定汽车沿直线运动，汽车产生的平动加速度
可表示为：
汽车获得的平动加速度由车轮所受摩擦力的合力产生。
2.汽车平动动能的获得
通过上面的分析、讨论我们可以看到：驱动轮所受摩擦力做功使驱动力矩产生的转动动能减少，转化为汽车的平动动能，从动轮所受的摩擦力又使汽车平动动能减少一部分转化为从动轮自身的转动动能。由(9)式，汽车获得的平动动能是由车轮所受摩擦力共同做功的结果。
四、小结
所谓汽车牵引力，其本质就是汽车发动机的驱动力。汽车运动的平动动能、转动动能都来自发动机驱动力矩所做的功。驱动轮所受摩擦力是将驱动力矩做功产生的转动动能中除去驱动轮本身的转动动能外的能量转化为整个汽车的平动动能；从动轮所受摩擦力又将汽车平动动能中的一部分转化为从动轮的转动动能。摩擦力没有做功，但其两种作用效果却是实现这种能转化的关键。汽车加速度和平动动能的获得，从根本上看，来自驱动轮的摩擦力，同时又受到从动轮摩擦力的影响。因此，加速度的大小、所获平动动能的多少是由驱动轮、从动轮所受摩擦力共同决定的。