談汽車中的物理學

張宇軒

摘要：物理知識和物理現象普遍存在于我們的生活中，汽車在馬路上行駛，體現出物理中的力學規律。本文主要闡述了汽車行駛中的關于摩擦力和空氣阻力的相關力學問題，并且對這一類力學問題進行了總結和詳細的研究分析。

關鍵詞：物理學；汽車駕駛；力學問題

現在社會中，人們通過高超的智慧發明了交通工具，用汽車代替了以前的馬車，推動了工業的發展，同時也在一定程度上方便了人們的日常生活，為人類節省了大量的時間從而提高生活質量和效率，也為動力機制的變革做出了巨大的貢獻。由此可見，物理學的出現推動了社會的變革與發展。汽車剛出現的時候，依靠蒸汽機作為它的動力系統，其作用原理是將熱能轉化為機械能，從而推動汽車內部器件的運行使汽車得以行駛，這個例子體現出物理學中的熱學和力學的問題，接下來將對汽車中相關物理學的問題進行分析。

一、汽車行駛中的摩擦力

汽車在行駛過程中，依靠輪胎與地面的摩擦力使汽車向前行駛或停止。在剎車的時候，通過輪胎和地面的摩擦力，使汽車的速度減緩下來直至停止。接下來將會從汽車啟動、轉彎以及剎車三個方面進行詳細分析。

1.汽車啟動時面臨的摩擦力

在日常生活中所接觸的汽車，一般都是兩驅汽車，通過發動機和后輪連接組合成為主動輪。通常在汽車的啟動過程中，發動機的轉動為后輪的旋轉提供了動力，車胎與地面產生的摩擦力與汽車行駛方向相反，從而推動了汽車向前行駛。如果車胎與地面產生的摩擦力較小就會發生打滑的現象。汽車的前輪為從動輪，當后輪產生的靜摩擦力大于前輪所產生的靜摩擦力時，汽車會獲得更大的驅動力，促使汽車向前加速行駛。

2.汽車拐彎時面臨的摩擦力

汽車在馬路上轉彎的時候會產生一種向心力，如果汽車的速度越快，產生的向心力就會越大，而這種向心力主要由車胎與地面產生的橫向靜摩擦力所提供。當向心力超過了最大的橫向靜摩擦力時就會發生離心運動，而此時的汽車速度已經超過了正常轉彎速度的最大值，汽車會偏離馬路，造成嚴重的交通事故。因此在轉彎的時候一定要注意減速慢行，避免交通事故的發生。

3.汽車剎車時面臨的摩擦力

當遇到一些緊急情況時，我們的汽車需要快速的剎車，而在這一過程中，由于慣性的作用，已經剎住的汽車輪胎會向前滑行一段距離。但是如果我們開車速度比較快的時候，快速剎車會導致汽車受力不均衡發生交通事故，這主要與車胎和地面的粗糙程度有關。當路面比較粗糙時，產生的摩擦力就越大；在雨雪天時，積雪和雨水會造成路面比較光滑，在這種情況下產生的摩擦力就比較小。因此，行駛者在雨雪天時一定要控制汽車的速度，避免剎不住車發生追尾或者滑坡等事故，減少人體受到傷害。目前我們的大部分汽車都裝有A B S防抱死系統，能夠使車輪與地面達到一種將滑未滑的狀態，從而讓汽車保持著與地面存在最大摩擦力的狀態，從而當剎車的加速度大于車輪滑動加速度時，剎車時間會縮短很多，減少汽車的追尾和碰撞事故的發生，保護行駛者的人身安全。

二、汽車行駛中的空氣阻力

在汽車的行駛過程中，也會有一部分空氣阻力的影響，汽車本身的機械阻力不會隨著汽車的速度變化而變化，但是空氣阻力會隨著汽車的速度加快而加大。因此我們可以將汽車的機械阻力看成一個常量，空氣阻力看成一個變量，一般來說空氣阻力分為以下幾個方面：

1.壓力阻力

汽車所受到的壓力阻力，主要分為壓差阻力和迎面阻力兩種，是汽車空氣阻力中的主要組成部分。什么是迎面阻力？迎面阻力就是汽車行駛時，車頭所受的空氣阻力。車頭的面積越大，受到的空氣阻力就越大，這就是汽車的設計者為什么會將汽車的車頭設計成流線型的原因所在。而所謂的壓差阻力，就是汽車在行駛過程中空氣會流向車尾，車尾的平面部分會受到十分嚴重的湍流，形成空氣分離區，分離區的負壓與車頭的正壓產生壓差，產生了阻礙汽車行駛的力。壓差阻力不能通過延長車尾來減少，為汽車工程師提供了新的難題，目前主要的解決方式是改變車頭的設計和道路的坡度。一些工程師通過擴散器吹散分離區，減少壓差阻力，從而減少汽車能源的損耗。未來的汽車壓差阻力需要我們這些風華正茂的高中生去解決，所以我們一定要努力學好物理學的基本知識，為未來汽車行業的發展做出更大的貢獻。

2.機艙阻力與誘導阻力

阻礙汽車行駛的阻力還包括機艙阻力與誘導阻力。目前許多汽車都是采用流線型設計來減少這種阻力，但是發動機與空氣的摩擦也會產生一部分觀察不到的阻力。汽車設計師設計的發動機不是流線型的結構，使得發動機艙會面臨一部分空氣阻力，這一部分的阻力占到總阻力的1 2 % 左右。這些阻力是通過使用可控制開關的格柵來減少的，在汽車高速行駛并且發動機無需冷卻的時候，我們將進氣的格柵關閉，禁止外面的氣流進入，來降低機艙阻力。誘導阻力在行駛過程中比較微小，但是它也在風阻方面的占比達到了7%。它的來源主要是汽車的壓差，在汽車的高速行駛時，車體的氣流與車盤的氣流有差異的時候，會產生誘導阻力。這些誘導阻力的處理，我們是通過在汽車外形的設計上，設計出一些伸出的邊沿，與飛機上翼的設計方法相仿，都是通過切斷車身兩個平面的空氣流動來減少誘導阻力的產生，從而減少了一些不必要的機械能的損耗，營造一種綠色環保的新的氛圍，為建造可持續發展的社會做出了貢獻。

三、結語

汽車的產生與發展是人類的交通史上一個重要的里程碑，推動了社會工業的發展，方便了我們的生活，提高了我們的工作質量和效率。當然，汽車本身的設計也是非常復雜的，它涉及我們在高中所學到的物理知識，如摩擦力、向心力等等。汽車是智慧創新的結晶，是科技發展進步的標志，通過本篇文章的梳理，使我們能夠更好的處理汽車在行駛時有關摩擦力的問題，也使我們高中生可以更加細微的觀察生活，樹立了高中生的努力方向，讓我們能夠正確的去認識并且駕駛機動車輛，減少交通事故的發生。同時也對未來汽車的車型構造創新有所幫助，豐富了我們的課堂之外的知識，讓我們的學習多姿多彩，激發更大的學習興趣，有助于我們個人知識面的拓展。

參考文獻：

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