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行车中的力学知识 江西省吉安市永新县禾川中学 文造林 随着社会的进步，快速、多样化的现代化交通工具为人们的出行带来了方便，同时，交通事故的频繁发生仍然是给许多家庭带来悲剧的罪魁祸首。那么，如何在驾驶车辆时尽量避免或减少交通事故的发生，除了要严格遵守交通规则，还应了解一些有关行车中的物理知识，下面就行车中的力学知识略作分析。以供给大家的行车安全作些参考。 1 行车中的摩擦力 1．1 机动车起动时的摩擦力 大多数机动车的后轮与发动机链接，成为主动轮，则前轮为从动轮。机动车在起动时，发动机带动主动轮旋转，主动轮与地面接触的部分有相对地面向后的运动趋势，因此主动轮要受到向前的静摩擦力（一般情况下，主动轮不与地面打滑，主动轮与地面接触的部分瞬间相对地面静止，故受到静摩擦力）。而从动轮在机动车的推动下，其整体有相对地面向前的运动趋势，因此从动轮要受到向后的静摩擦力。由于主动轮所受向前的静摩擦力大于从动轮所受向后的静摩擦力（主动轮有明显的横纹，可增大向前的最大静摩擦力，不容易出现打滑现象，而从动轮则没有明显的横纹），其合力向前，所以机动车在起动过程能加速向前运动。 1．2 机动车在转弯时的摩擦力 机动车在转弯时需提供一个向心力F=mv2／r，对于一定的弯道（r一定），速度越大，所需向心力越大，此向心力是由轮胎与地面间的横向静摩擦力（其方向垂直于速度方向，指向弯道所在圆周的圆心）来提供，由于静摩擦力存在一个极值──最大静摩擦力。如果行驶速度过大，所需向心力就大于最大静摩擦力，即静摩擦力不足以提供所需向心力，那么车辆就会作相对地面滑动的离心运动，可能会滑离正常行驶轨道，造成交通事故。因此高速公路上紧急转弯处一般会安装限速提示牌，以提醒司机减速转弯。 1．3 机动车在刹车时的摩擦力 机动车在紧急刹车时，可认为全部轮胎被刹住不转，由于惯性车辆仍有向前的速度，轮胎则相对地面向前滑动，因此轮胎受到向后的滑动摩擦力作用，使车辆减速停下。在摩擦力一定的情况下，根据运动学公式：t=v0／a和s=v02／2a可知，摩擦力一定，产生的加速度a一定，刹车时的初速度v0越大，刹车时间t和刹车滑行的距离s越长，更容易造成交通事故，据统计，90％的交通事故是由于车速过大而造成的；又因为滑动摩擦力跟动摩擦因素成正比，而滑动摩擦因素跟地面和轮胎间的粗糙程度有关。例如：下雨后地面上的积水起润滑的作用，可降低地面和轮胎间的粗糙程度，从而减小滑动摩擦力，导致刹车时间延长。因此下雨天，更应低速行驶，确保行车安全。 2 机动车的功率 每辆机动车的发动机都有一定的额定功率。发动机的额定功率P额与其产生的牵引力F及其行驶速度v的关系可用公式P额=Fv表示。由此可看出，在额定功率恒定不变的情况下，机动车的牵引力与行驶速度成反比。在机动车刚起动时，速度较小，牵引力较大，牵引力大于机动车所受阻力。因此能以低速挡加速行驶；在机动车达到高速时，牵引力与机动车所受阻力平衡，因此能以高速挡保持匀速行驶；在机动车上坡行驶时，所受阻力较大，为了增大牵引力，需减速行驶，因此以低速挡获得较大牵引力上坡。 3 机动车的力矩平衡 机动车能换用不同的挡位以获得不同的牵引力，其传动装置就是根据力矩平衡的原理制成的。如图所示：  R1为主动齿轮半径，其产生的动力为F动 ，R2为从动齿轮半径，其所受阻力为F阻。 根据力矩平衡：F动R1=F阻R2，一般情况下可认为F阻R1恒定，换用不同的挡位以改变R2的大小，根据表达式F动=F阻R2／R1可知：F动与R2成正比；在传动带的线速度一定时，则w1R1=w2R2=v，解出w2= w1R1／R2=v／R2，可知w2与R2成反比；综合上述，从动轮半径越大R2，其转速n2=w2／2∏越小（机动车行驶速度越小），但获得的动力F动（牵引力）越大，此为以低速挡行驶的原理。 4 行车中的能量 大家都知道，任何机动车都需要消耗能源。目前，机动车的主要能源还是汽油。机动车在行驶过程中，能量由汽油中的化学能转化为机动车的机械能，同时机械能因摩擦又转化为机动车与地面的内能，最后内能散失在周围的环境中。当然，机动车的发动机存在能源的利用效率问题，经实践证明，每辆机动车都对应着一段最佳行驶速度范围，机动车以最佳行驶速度行驶时，汽油的燃烧最充分，能源的利用效率最高。另外，机动车在紧急刹车时，大量机械能转化为内能，降低能源的利用效率，因此在行车的过程中尽量避免紧急刹车，可提高能源的利用效率，节约能源。值得关注的是，由于传统能源日趋紧缺，新型能源更替传统能源是持续发展所趋，节能型、环保型的机动车将成为我们的主要交通工具。 (责任编辑：admin) |