汽车行驶中的惯性力问题分析

汽车行驶中的惯性力问题分析

当代，人们的物质生活日益丰富，家庭轿车也相对普遍。接下来将讨论汽车在平地行驶时的惯性力的问题。

我们不妨先假设汽车为一刚体系，其质量为m ，质心C 距离地面h ，每个轮子所受恒定的摩擦力为F s ,与质心水平距离均为d ，根据汽车行驶的状态不同，可以

分三个阶段讨论：

1、汽车处于启动阶段； 选取整辆车为研究对象，受力分析如右图（1），

汽车发动机所提供的拉力为F ，若忽略车轮的转动，则易知整个刚体系作匀加速的平移运动，加速度为a 1，对车加惯性力F I1，其大小为 F I1=ma 1 根据达朗贝尔原理，列平衡方程

∑F x =0，F - F I1 - 4F s =0 ∑F y =0，4F N – mg =0

∑M C =0，-4M 1 + 2F N d –2F N d –4F s h =0

可以求得

a 1=（F-F s ）/m ；F N =mg/4 ；M 1=-F s h .

2、汽车处于平稳行驶阶段；

此时汽车处于匀速运动阶段，整个刚体系的加速度a =0，故其附加惯性力亦为零，汽车处于平衡状态。

3、汽车处于减速阶段；

同样，选取整辆车为研究对象，受力分析如图（2），

此时汽车开始制动，发动机不提供动力，若忽略车轮的转动，则整个刚体系作匀减速的平移运动，加速度为a 2，对

车加惯性力F I2，其大小为 F I2=ma 2 根据达朗贝尔原理，列平衡方程

∑F x =0，F I2 - 4F s =0 ∑F y =0，4F N – mg=0

∑M C =0,-4M 2 + 2F N d –2F N d –4F s h =0

可以求得

a 2=4F s /m ；M 2=-F s h =M 1 .

若要求出某个瞬时汽车行驶的速度，则可以结合汽车在一段时间内行驶的路程，利用动能定理便可求出。 F I1 a 1 m g F s F s F N F N v 1

图（1）

F C A B M 1M 1y F I2 m g a 2 v 2 C B A F N F s F s 图（2）

M 2 M 2 F N