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第二章汽车运动学与动力系统| 25 第二章汽车运动学与动力系统 尽章Wt耍 力学是物理学一个重要的分支，尤其是经典力学在人类生活中有着举足轻重 的作用，而汽车与力学更是密不可分，从汽车各部件组装到汽车运动过程分析再到 汽车动力来源，每一部分都依赖于力学的指导，并且这其中一部分内容与高中物 理有着密切联系，有助于同学们对已学知识体系进行重新构建和巩固。 第一节浯车与力学 中学物理中分析汽车受力时.一般将汽车简化为图2-1(1.驱动轮；2.从动轮; 3.车身），在平直公路上的汽车忽略空气阻力后受力分析如图2-2所示，G为重力， /V为支持力，F为发动机的牵引力，/为地面摩擦力。 N \ m i 〇1〇 O 图2-1汽车结构 图2-2 受力分析 如果有学生提问：汽车所受的摩擦力是向后的，地面越光滑，摩擦力越小，岂不 是越有利于汽车行驶吗 ？这显然是不对的，在冰雪路面上行驶的汽车，非常容易打 滑，需要在轮胎上拖上铁链以增大摩擦力，才有利于汽车行驶！地面光滑，无摩擦 26 汽车中的物理 力，静止的汽车则无法启动！ 那么，汽车究竟是靠什么力行驶的呢？这需要进一步认识汽车所受的牵引力 和摩擦阻力。 一、汽车的牵引力来源 汽车的牵引力是有汽车发动机产生的转矩经传动系统传至驱动轮上产生的。 由发动机产生，传至于驱动轮上的转矩T, (使机械元 件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。机械元件在转矩 作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为 扭矩）.产生一个沿地面切向的对地面的力，地面对驱动 轮的反作用力F (方向与Fu相反），即是驱动汽车的外力图2_ 3汽车动力来源 (图2-3)，此外力成为汽车的驱动力，即为由发动机引起的 牵引力。摩擦力如此重要，所以汽车轮胎上通常有凹凸不平的花纹，增大雨水路面 下的摩擦系数，同时货车的轮胎通常采用双轮胎的行驶，也是为了增大摩擦系数。 该牵引力F的性质属于静摩擦力。驱动轮与地面接触的瞬间，由于转矩T,作 用，驱动轮与地面接触的部分，相对地面有向后运动的趋势，地面阻碍它向后运动， 给它一个向前的静摩擦力。这与人行走时依靠地面静摩擦力的原理相同，在平直 光滑路面上，汽车则不能行进。 二、汽车所受的摩擦阻力 汽车是依靠地面给驱动轮向前的静摩擦力行驶的，如何理解汽车所受的向后 的摩擦力呢？ 汽车在牵引力的作用下向前行驶时，通过从动轮车轴， 对从动轮施加一个推力F, (图2-4)，从动轮与地面接触部 分在作用下有向前运动的趋势.地面阻碍它向前运动， 给它一个沿接触面切线方向向后的摩擦力/，/与F,大小 相等，方向相反，正是因为在F,和/形成的力偶矩大小相 图2-4汽车阻力来源 等，方向相反。不在同一作用线上的一对平行力称为“力 偶”；力偶所在的平面称为“力偶作用面”；平 行的两力的作用线间的距离称为“力偶臂”； 平行力中的一个力与力偶臂的乘积称作“力 偶矩”作用下，从动轮向前滚动。 处于斜面上的汽车被踩住刹车静止时， 受到沿斜面向上的静摩擦力的作用，该力与 重力沿斜面向下的一个分力平衡。受力分析 如图2-5所示。 第二章汽车运动学与动力系统 27 当松开汽车刹车时.由于汽车轮胎可以滚动而使得汽车开始斜向下运动•此时 受到的摩擦力为滚动摩擦力（这个力本质上也是静摩擦力），远小于最大静摩擦力 和滑动摩擦力，因此汽车车轮很容易沿斜面滚下。 综上所述，汽车是靠向前的静摩擦力行驶的