汽車上的物理學

物理學是一門非常有趣又有用的自然科學，它研究的內容十分廣泛。在生活中，在我們的身邊，有許許多多的物理現象。千變萬化的物理現象，像一個個的謎。當我們掌握了必要的物理知識，揭開謎底的時候就會感悟到物理現象是十分有趣的。汽車就是一臺充分運用物理知識裝備起來的機器，它的許多部位都是物理知識運用的體現。

1.自動變速器 防抱死剎車系統(ABS)

自動變速器最重要的參數就是擋位的個數。如果擋位越多，變速器與發動機動力的配合就會越緊密，能夠把發動機的性能發揮得更好。但光看擋位的個數是不夠的。事實上一臺自動變速器的擋位多少并不是技術的核心，因為簡單的增加行星齒輪組就能增加擋位。自動變速器的技術核心在它的控制機構。因為一臺好的自動變速器，它的換擋品質必須做到響應速度快，換擋沖擊小等特點。而這一切都需要靠設計和改進性能優良的控制機構得以實現。根據汽車瞬時功率P=FV，F表示牽引力，V表示瞬時速度。在額定功率下，速度越大，牽引力越小，速度越小，牽引力越大，汽車爬坡時調為低速，可增大牽引力；汽車在平直公路上行駛時換成高速檔，可獲得較高速度。

ABS工作原理是利用閥體內的一個橡膠氣囊，在踩下剎車時，給予剎車油壓力，充斥到ABS的閥體中，此時氣囊利用中間的空氣隔層將壓力返回，使車輪避過鎖死點。當年輪即將到達下一個鎖死點時，剎車油的壓力使得氣囊重復作用，如此在一秒鐘內可作用60次——120次，相當于不停地剎車、放松，即相似于機械的“點剎”。其實就是利用了最大靜摩擦因數比滑動摩擦力因數稍大，它能使車盡快停下來。ABS的主要作用是防止在制動過程中車輪抱死(即停止滾動)，從而保證駕駛員在制動時還能控制方向，在某些情況下，如在濕滑路面上還能減小制動距離。

2.安全帶 安全氣囊 安全頭枕

在汽車撞向某物體時，汽車會突然減速停止，但是，人體是和汽車分離的，人體的速度會和汽車當時的行駛速度一致，汽車突然停止，人體依然會以高速前進，安全帶在突然向前滑行時會卡住，用此固定人體，防止人的撞傷。在汽車頭部撞擊到某物體時，車頭的感應器會接受到信號，氣囊爆開，以減緩人頭部撞向方向盤。如果人不系好安全帶，氣囊也無能為力。說白了，氣囊是輔助性的安全裝潢。安全頭枕相識與安全側窗氣簾，是保護人體頭部或側面的安全氣囊，防止有車輛從側面撞擊本汽車給駕駛員帶來的傷害。

3.助力方向盤

轉向助力是協助駕駛員作汽車方向調整，為駕駛員減輕打方向盤的用力強度。一般高檔轎車助力方向盤為電動助力轉向系統。電動助力轉向系統是最先進的助力轉向系統。它的構造一般是由轉矩傳感器、電子控制單元、電動機、減速器、機械轉向器、以及蓄電池電源所構成。它的主要工作原理是汽車在轉向時，轉矩傳感器會“感覺”到轉向盤的力矩和擬轉動的方向，這些信號會通過數據總線發給電子控制單元，電控單元會根據傳動力矩、擬轉的方向等數據信號，向電動機控制器發出動作指令，從而電動機就會根據具體的需要輸出相應大小的轉動力矩，從而產生了助力轉向。如果不轉向，則本套系統就不工作，處于休眠狀態等待調用。由于電動助力轉向的工作特性，你會感覺到這樣的車，方向感更好，高速時更穩，俗話說“方向不發飄”。又由于它不轉向時不工作，所以，也節省了能源。

4.玻璃 喇叭 車胎上的花紋

汽車前的擋風玻璃通常都不直立(底盤高大的車除外)，這是因為擋風玻璃板中嵌有一道道的電熱絲，它可以防止車內形成的霧氣附著于玻璃上并凝結。車窗兩側玻璃設計成雙層的，目的防止傳熱。另外，汽車在夜間行駛時，車內一般不開燈，這樣可防止車內乘客在司機前的擋風玻璃上成像，干擾司機正確判斷。

喇叭發聲原理是電能轉化為機械能，汽車喇叭發聲要想調弱，可以在發動機上裝配消音器，以減輕車輛行駛時的噪聲對道旁居民的影響，在道旁設置屏障或植樹，可以在傳播過程中減弱噪聲。

輪胎上的花紋是為了增大摩擦力，由摩擦力使車向前運動，輪胎的主要材料是橡膠，又在橡膠中加入了一些耐磨的材料。

5.汽車貼膜

因為普通車窗玻璃只能防19％的紫外線，而高質量的專業汽車膜阻隔紫外線可達到99．9％，且使用壽命長達十年。汽車膜阻擋紫外線的原因，是因為在生產過程中添加了大量的紫外線吸收劑：一種專門阻隔紫外線波長通過的材料。汽車貼膜具有隔熱的功效，隔熱膜主要是利用輻射和對流的形式來隔熱。隔熱膜防的主要是太陽的輻射熱。汽車膜中的高性能膜和全金屬磁控濺射膜是利用膜中鍍有一層對太陽紅外輻射的反射率極高的金屬材料來反射太陽的熱輻射，再配合膜上的顏色對太陽熱輻射的吸收后，再二次向車外釋放時，隨著車外的空氣流動帶走一部份熱量。尤其是車在跑動時帶走的熱量比車靜止不動時更多。這是因為，當汽車處于運動狀態時，汽車玻璃外表面的空氣流動比內表面快，貼了膜的汽車玻璃會將吸收的熱量再輻射出去，這就是將玻璃內部存有的熱量快速“風洗”掉：這些熱量包括從陽光中吸收的熱量和外部空氣中吸收的熱量。不過，當汽車不運動時，貼了膜的玻璃吸收的熱量將向內輻射，因為汽車內部的溫度可能比外面空氣的溫度低，車身的金屬受太陽輻射后也向車內傳熱，從而漸漸提高了汽車內部的溫度。

綜上所述，筆者認為不僅汽車上有物理的應用，其實生活中到處都是物理學的應用，只要我們仔細觀察，善于發現，勤于思考，才能激發學生的學習興趣，使物理融入生活，使學生沉浸在物理中，真正做到學以致用，體現物理學帶來的無窮魅力。

（作者單位：江蘇省邳州市明德實驗學校）