中学物理又坑爹-----轮胎与摩擦力的那些事

天下无斑

  周末和朋友小聚，忽然聊到了轮胎的问题，有位朋友说：中学物理学过摩擦定律，摩擦力只和正压力和摩擦系数有关，和面积无关，所以宽胎并不能带来更好的抓地力。我说：可宽胎的确让刹车距离变短了，无数次的换胎测试都证明了这点。 他说肯定是错觉或者原来的胎太差了，我说：咱做个实验，你用一个手指在桌面滑动，和用一个手掌在桌面滑动，看哪个摩擦力大。他无语（这个实验根本不用做都知道结果）。


  那么这个中学的摩擦定律错了吗？   我们先看下起源，要知道库仑先生提出的这个摩擦定律是在十八世纪，要知道摩擦力是超级复杂的一件事，就算现在研究到了分子级别，也还没有完全研究清楚摩擦力的全部因素。在那个古老时期只能提出一个简单的理想化的模型，连库仑自己都承认这个理论并不完美，在那个时期提出这个定律并奠定摩擦力研究基础，无疑是伟大的，但在今天的研究成果来看，这个定律要有限制条件的，那就是必须是坚硬的固体，用严谨的词表达就是“有一定屈服点的材料”，  但如果是手指或者橡胶这种柔软或粘弹材料，就必须和面积有关。所以宽胎能增加抓地力是有道理的。

   所以中学的物理又坑爹了，为什么说“又”，因为上次我已讨论过一次牵引力与加速度的那个应用题，出题人以为发动机一转动就能恒定释放最大功率。
而中学在介绍摩擦定律时并没有说明约束条件，也没有说明这个定律的时代背景和如今的研究成果，让人们把它当成了牛顿定律一样颠扑不破的真理。
我百度了一下，坚持宽胎无用论的大有人在，无一不是坚持这个中学的定律，找各种理由为这个明显违背生活常识的话找理由。我觉得挺悲哀。

   不敢质疑前辈留下的东西，怎么有创新发展。而中学的课本也该认真的诠释下这个古老的摩擦定律了。

fissa

古典摩擦定律
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古典摩擦定律(classical friction law)

古典摩擦定律 又叫阿蒙顿-库伦定律，综述如下：

1.摩擦力与法向载荷成正比;
2.摩擦因数与接触面积无关;
3.摩擦因数与滑动速度无关;
4.静摩擦因数大于动摩擦因数.

古典摩擦定律不完全正确,必须做如下修正:

1.当法向载荷较大时,摩擦力与法向压力呈非线性关系,法向载荷愈大,摩擦力增加得愈快;
2.有一定屈服点的材料(如金属),其摩擦阻力才与接触面积无关.粘弹性材料的摩擦力与接触面积有关;
3.精确测量,摩擦力与速度有关,金属与金属的摩擦力随速度的变化不大.
4.粘弹性材料的静摩擦因数不大于动摩擦因数.

fissa

以上是度娘哪儿得到的~·

bet008

重量 接触面积

BlackGold

完了，我是宽胎无用论者…(特定条件下：不同品牌不同花纹及橡胶配方)

先百科一下，我去消化消化…

中文名 摩擦力
外文名 friction
表达式 F=μ×FN
提出者 牛顿（Isaac Newton）
应用学科 物理
适用领域范围 一切物体
符号 f
影响因素
两物体接触面粗糙程度、压力大小。

http://baike.baidu.com/view/11063.htm?noadapt=1

BlackGold

这么理解不知对不对，增加胎宽是不是属于增加接触面的粗糙程度？应该算吧，那牛顿就没错吧。
印象中只学了牛顿定律，没学古典摩擦定律……

为何某品牌的205-45-16抓地力，不如某另一品牌的195-55-15轮胎呢？(面积不同)
或者是某品牌的205-55-16抓地力，不如某另一品牌205-55-16轮胎呢？(面积近似)
是不是还是可以理解为195(后者)或205(后者)胎面更粗糙？这种粗糙不是肉眼所见的面积型粗糙，
而是材料工程学中理解的材料配方型粗糙？(尽管接触面更小或相同？但材料配方和花纹不同)

如果是相同品牌、花纹及橡胶配方情况下，比如自己的手指和手掌，确实是(越粗糙)面积越大摩擦力越强。
可以这样理解不？

BlackGold

其实我们的疑惑在这：
阻碍轮胎滚动的力矩，不仅由胎面宽度(粗糙程度的一种表现形式)决定，
同时也由材料配方及纹路的粘性决定(阻碍力矩也可以增大，粗糙程度的另一种表现形式)，
这么理解会不会说得通一点呢？据说是新的摩擦学说，粘附摩擦力(原子或分子材料的粗糙程度不同)

滚动摩擦百科：(静摩擦力)
http://baike.baidu.com/view/39123.htm?noadapt=1

zpq123

对古典摩擦定律理解错误了。轮胎有例，轮胎的摩擦因数与本身的材质有关，外力能改变摩擦力，但摩擦因数没有变。在轮胎材质相同的情况下，不管多宽摩擦因数都不变，宽度小受力面积就小，摩擦力就小，反之。在轮胎运动的情况下，因接受面改变了，所以摩擦力会改变。

maxfree_gz

BlackGold 发表于 2016-7-11 23:09
其实我们的疑惑在这：
阻碍轮胎滚动的力矩，不仅由胎面宽度(粗糙程度的一种表现形式)决定，
同时也由材料 ...

终于B版说到一个正确的点了。

滚动摩擦和滑动摩擦不同的，计算公式不一样的。
基础概念出错了。。。。。。

xlyyzy

BlackGold 发表于 2016-7-11 22:33
这么理解不知对不对，增加胎宽是不是属于增加接触面的粗糙程度？应该算吧，那牛顿就没错吧。
印象中只学了 ...

印象中中学物理的力学，无论重力、牵引力还是摩擦力，都是模拟成作用在一个点，做题时画在图上就是平面的，没有考虑过纵深的维度。
若果有195和215两款胎，除了宽度所有条件都一致，那么我们假设每个平面代表轮胎宽度是1，同时假设在这个平面中摩擦力是f，那么宽度195的胎可以理解为195个平面堆叠起来，堆叠后摩擦力就是195f，宽度215的胎摩擦力就是215f，所以越宽摩擦力就越大了。