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        談汽車中的物理學(xué)

        2018-12-20 10:40:50張宇軒
        贏未來 2018年23期
        關(guān)鍵詞:汽車駕駛物理學(xué)

        張宇軒

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

        關(guān)鍵詞:物理學(xué);汽車駕駛;力學(xué)問題

        現(xiàn)在社會中,人們通過高超的智慧發(fā)明了交通工具,用汽車代替了以前的馬車,推動了工業(yè)的發(fā)展,同時也在一定程度上方便了人們的日常生活,為人類節(jié)省了大量的時間從而提高生活質(zhì)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(xué)的出現(xiàn)推動了社會的變革與發(fā)展。汽車剛出現(xiàn)的時候,依靠蒸汽機作為它的動力系統(tǒng),其作用原理是將熱能轉(zhuǎn)化為機械能,從而推動汽車內(nèi)部器件的運行使汽車得以行駛,這個例子體現(xiàn)出物理學(xué)中的熱學(xué)和力學(xué)的問題,接下來將對汽車中相關(guān)物理學(xué)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(zhuǎn)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(qū)汽車,通過發(fā)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(fā)動機的轉(zhuǎn)動為后輪的旋轉(zhuǎn)提供了動力,車胎與地面產(chǎn)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(chǎn)生的摩擦力較小就會發(fā)生打滑的現(xiàn)象。汽車的前輪為從動輪,當(dāng)后輪產(chǎn)生的靜摩擦力大于前輪所產(chǎn)生的靜摩擦力時,汽車會獲得更大的驅(qū)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(zhuǎn)彎的時候會產(chǎn)生一種向心力,如果汽車的速度越快,產(chǎn)生的向心力就會越大,而這種向心力主要由車胎與地面產(chǎn)生的橫向靜摩擦力所提供。當(dāng)向心力超過了最大的橫向靜摩擦力時就會發(fā)生離心運動,而此時的汽車速度已經(jīng)超過了正常轉(zhuǎn)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(zhuǎn)彎的時候一定要注意減速慢行,避免交通事故的發(fā)生。

        3.汽車剎車時面臨的摩擦力

        當(dāng)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(jīng)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(dǎo)致汽車受力不均衡發(fā)生交通事故,這主要與車胎和地面的粗糙程度有關(guān)。當(dāng)路面比較粗糙時,產(chǎn)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(chǎn)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(fā)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(tǒng),能夠使車輪與地面達到一種將滑未滑的狀態(tài),從而讓汽車保持著與地面存在最大摩擦力的狀態(tài),從而當(dāng)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(fā)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(shè)計者為什么會將汽車的車頭設(shè)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(qū),分離區(qū)的負壓與車頭的正壓產(chǎn)生壓差,產(chǎn)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(shè)計和道路的坡度。一些工程師通過擴散器吹散分離區(qū),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(fēng)華正茂的高中生去解決,所以我們一定要努力學(xué)好物理學(xué)的基本知識,為未來汽車行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。

        2.機艙阻力與誘導(dǎo)阻力

        阻礙汽車行駛的阻力還包括機艙阻力與誘導(dǎo)阻力。目前許多汽車都是采用流線型設(shè)計來減少這種阻力,但是發(fā)動機與空氣的摩擦也會產(chǎn)生一部分觀察不到的阻力。汽車設(shè)計師設(shè)計的發(fā)動機不是流線型的結(jié)構(gòu),使得發(fā)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(guān)的格柵來減少的,在汽車高速行駛并且發(fā)動機無需冷卻的時候,我們將進氣的格柵關(guān)閉,禁止外面的氣流進入,來降低機艙阻力。誘導(dǎo)阻力在行駛過程中比較微小,但是它也在風(fēng)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(chǎn)生誘導(dǎo)阻力。這些誘導(dǎo)阻力的處理,我們是通過在汽車外形的設(shè)計上,設(shè)計出一些伸出的邊沿,與飛機上翼的設(shè)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(dǎo)阻力的產(chǎn)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(huán)保的新的氛圍,為建造可持續(xù)發(fā)展的社會做出了貢獻。

        三、結(jié)語

        汽車的產(chǎn)生與發(fā)展是人類的交通史上一個重要的里程碑,推動了社會工業(yè)的發(fā)展,方便了我們的生活,提高了我們的工作質(zhì)量和效率。當(dāng)然,汽車本身的設(shè)計也是非常復(fù)雜的,它涉及我們在高中所學(xué)到的物理知識,如摩擦力、向心力等等。汽車是智慧創(chuàng)新的結(jié)晶,是科技發(fā)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(guān)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(fā)生。同時也對未來汽車的車型構(gòu)造創(chuàng)新有所幫助,豐富了我們的課堂之外的知識,讓我們的學(xué)習(xí)多姿多彩,激發(fā)更大的學(xué)習(xí)興趣,有助于我們個人知識面的拓展。

        參考文獻:

        [1]解小琴,陳鵬.流體力學(xué)在汽車車身設(shè)計中的應(yīng)用[J]四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2015,(6):165-167.

        [2]危銀濤,馬春生,馮希金.汽車工程中的若干力學(xué)問題[J].力學(xué)與實踐,2012,(4):1-7.

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