汽车行驶中的摩擦

看不见、摸不着的东西往往被认为“玄”，不好理解。但是您有没有注意到，正是因为看不见、摸不着，反而能够正确地接受它。例如，书上说自由电子从负极流向正极，您就顺从地接受了。而对于一些看得见、摸得着得东西，反而容易被直觉蒙蔽，变得不好理解。汽车发动机是动力源泉，这是无可置疑的基本常识。但是如果有人对您说，汽车之所以能够向前行驶，是因为地面对它施加了推力，您会不会感到愕然呢？

汽车行驶中的外部摩擦
汽车行驶中的主要阻力是摩擦力，其中的主要组成部分是外部摩擦力，例如地面对车轮的滚动摩擦力，空气对车身的流动摩擦力，等等。如果有人问您，汽车为什么能够克服摩擦力行驶？您可能会回答，是因为发动机可以产生驱动力。这样只答对了一半。

其实，汽车之所以能够克服摩擦阻力是因为获得了摩擦推力。至于发动机的驱动力，是为了获得摩擦推力而设置的。有了驱动力未必可以获得摩擦推力，冰雪路面上或者陷入泥潭中的汽车就是很好的例子。

在研究汽车行驶的时候，汽车是作为一个整体看待的。因此，发动机的驱动力只是内力，而内力必须要通过外力才能起作用。设想一下健壮的您，挥舞双臂做操的时候，身体并没有因您的用力而移动，那是因为没有获得外力。而当您用手臂推墙壁时，由于获得了墙壁对您手臂的推力（是外力），您的身体就会产生移动。同样的道理，一部汽车只有当获得外部推力的时候才能运动。

在中学物理课中我们学过，互相接触的物体之间可以有力的相互作用。汽车与什么外部物体接触呢？显然是路面。当发动机驱动车轮转动时，轮胎边缘相对路面有向后运动的趋势，因此就获得了向前的摩擦力。正是这个向前的外力克服了汽车行驶时的阻力。


摩擦力的大小与互相接触的两个物体的材料以及润滑状态有关，干燥结实的路面可以产生足够的摩擦推力，而雨天相当于在路面与轮胎之间加了水润滑剂。至于冰雪或其他软路面是无法产生足够的摩擦推力的，因此轮子陷在里面只能空转打滑，为了解决这一窘景，有经验的司机只要拾些木块或石头垫在车轮下就能将车开动。(

汽车制动过程中的摩擦
在"汽车行驶中的外部摩擦"一文中曾经谈过,汽车的行驶依靠地面的摩擦推力。如果现在问您，汽车制动时是依靠什么力量来减速直至停止呢？您一定会说，是地面对汽车的摩擦阻力。那么，如何才能得到地面的摩擦推力呢？是通过汽车制动系统的内摩擦来获得地面对汽车的外摩擦力的。

这里再次强调一下研究问题的方法。无论是研究汽车的行驶还是刹车，

汽车都是作为一个运动的整体看待的，只有当它获得外力的时候才能改变自己的运动状态。而与汽车行驶直接相关的外力只有通过与汽车相接触的物体才能获得，地面就是主要的施力物体。能够这样想，说明您已经具备了基本的力学思维。

在中学物理课中我们学过，两个互相接触的物体如果作相对移动,将获得对方给予的滑动摩擦力；如果仅有相对移动的趋势，则获得静摩擦力。如果轮子自由滚动,轮胎与地面接触的地方是没有相对滑动趋势的,因此也没有滑动摩擦力。为此我们要装置制动系统，相对车身静止的制动蹄用力压向相对车身高速转动的制动鼓（盘），产生了滑动摩擦力（内摩擦），可以使车轮的转动减慢。车轮转动速度的下降为摩擦阻力的获得创造了条件。

如果用w来表示车轮转动的角速度，用V表示车身的速度，用R表示轮子转动轴到地面的距离（一般略小于轮胎半径），从理论上讲，如果w = V÷ R，轮胎相对地面没有移动的趋势，此时车轮近似作自由滚动。只有当车轮转动减慢之后，轮胎与地面之间才能产生相对移动的趋势。

轮胎与地面的移动摩擦有两种状态，动摩擦和静摩擦。一般情况下，静摩擦力大于动摩擦力。我们希望得到静摩擦力，不仅仅是因为其数值较大，而主要是在静摩擦情况下汽车不会失控。从理论上讲，当w小于V ÷ R时，车轮与地面就要相对移动了,但由于轮胎时弹性体有较大的变形能力,所以在一般情况下轮子的减速控制在5%－15%范围内不至于产生滑移，将获得地面对轮胎的静摩擦力。汽车制动防滑系统ABS与ASR也是根据这个基本道理设计出来的，所谓防滑，也就是避免制动时轮胎和地面处于动摩擦状态中
汽车行驶中的内部摩擦
我们已经在"汽车行驶中的外部摩擦"和"汽车制动过程中的摩擦"中谈过摩擦力在汽车运行中的重要作用，那都是有用的摩擦力。这里我们要讲的是有害的摩擦力。

汽车运动时，其内部各零件要产生相对运动，会产生内部摩擦力，造成温升、能耗、磨损等等。零件的尺寸和形状因此受到缓慢而连续的破坏，导致振动和噪音，影响工作可靠性和寿命。

根据美国汽车学会的研究报告，汽车发动机本身由摩擦消耗的功率达到总功率的30%；据统计，全世界工业部门所使用的能源中，大约有1/3至1/2最终以各种形式消耗在摩擦上。而磨损是各类机器报废的主要原因，磨损造成的损失至少是摩擦能耗损失的12倍。

虽然人类在17世纪就开始对摩擦进行系统的研究，但是至今对摩擦、磨损的机理尚未完全弄清楚。目前，减少摩擦减轻磨损的主要方法是润滑。所谓润滑，就是在互相摩擦的机件

之间加入 某种润滑剂，把零件材料之间的摩擦变为润滑剂的内部摩擦。由于润滑剂的内部摩擦力远远小于零件之间的摩擦力，摩擦能耗就大大减小了。由于机件之间被润滑剂隔开，磨损也就大大减轻了。

润滑剂有气体、液体、半固体、固体等多种类型，汽车上主要使用液体（如减速箱采用油润滑）和半固体（如底盘活动件、轴承采用脂润滑油）润滑剂。

作为车主，具备基本的润滑知识 是十分必要的。 选择什么润滑剂，采用什么润滑方法，完全是根据不同部件的工作状态确定的。例如，油润滑要求被润滑的零件之间的相对运动速度较高，因为只有较高的速度才可以把粘度较低的润滑油带动起来，在互相摩擦的机件表面之间形成能够抵抗负荷的油膜，把零件表面有效隔开。如果在相对速度较小的零件之间加液体润滑油，就不能得到有效油膜，也就不能达到润滑的目的。此外，不同的润滑剂要求不同的润滑方法，例如，汽车发动机采用飞溅润滑方法，利用曲轴及连杆的高速运动把润滑油（机油）搅动起来，飞溅到每一个需要润滑的零件上。如果润滑油量太少，可能导致一部分零件得不到润滑；如果润滑油太多，可能导致发动机工作不正常，并一定会导致较大的搅油阻力，消耗额外的功率。 每一种润滑剂，每一种润滑方法，都有特殊的要求，它们分别对应不同的零部件。例如发动机要用机油，变速器用齿轮油，后桥减速器的齿轮压力大，要用双曲线齿轮油。了解和熟悉这些润滑剂的使用要求，对于减少您的汽车油耗，延长坐骑的寿命，是十分有意义的。