小車功率問題的延伸（摩擦部分）

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zerowing

電梯直達

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發表于 2013-4-23 16:04:13 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

本帖最后由 zerowing 于 2013-4-23 16:37 編輯

之前的一個關于小車運行中消耗功率的問題引起熱議。以致眾多大俠現身。
不過這個問題還是有需要研究和指名的部分的。這里談一談。
首先，還原問題。
整體質量：1500kg 勻速狀態運行速度：160m/min 接觸形式：鋼隊鋼滾動
其他條件：未知
（PS：當開始寫之后，筆者才發現，光討論摩擦形式的問題,篇幅就很長了，因此決定分開來討論。首先是摩擦形式的討論。）

關于滾動摩擦和滑動摩擦

首先，這里必須說明，滾動摩擦和滑動摩擦的性質是不一樣的。因此，把滑動摩擦定義為無限大曲率半徑下的滾動摩擦是不對的。而且原則上講，我們在談滾動摩擦的時候其研究前提就是純滾動無滑動。這一點請大家必須明確。
那么分開說：
滑動摩擦：滑動摩擦的三個要素點分別是：相對滑動、接觸面擠壓、存在表面粗糙度。

相對滑動：這里指出了滑動摩擦的性質，滑動摩擦是一種被動力，即只有先產生了相對運動，才有滑動摩擦。換句話說，滑動摩擦力永遠都是一個與運動方向相反的力，也就是永遠的阻力。

接觸面擠壓：這里強調兩點。一是兩物體接觸，不接觸無摩擦。二是兩物體因為外力作用產生擠壓變形。

表面粗糙度：這個不做說明了。但是這里需要強調的一點是，絕對光滑的表面不會產生滑動摩擦力。這點切忌。
滑動摩擦力與接觸面積大小無關、與物體運動速度無關。
+ t+ j+ Y- C+ f J9 _! h- o9 L2 g2 t/ H Y0 b3 \$ T- l

滾動摩擦：滾動摩擦力的實質是滾動體與接觸面因為產生擠壓變形，而形成的傾翻阻力。（但不僅限于擠壓形變）。從本質上講，我們通常研究的滾動摩擦力是靜摩擦力的積分形式，必須說明，靜摩擦力在這里的作用是穩定瞬心，但也是產生傾翻阻力矩的原因，這點上我與度娘百科的分歧很大。滾動摩擦的三個要素點：接觸且擠壓、相對滾動（傾翻）、接觸面粗糙。- R7 j9 F% o5 W7 ]* |

" n' n5 |. F0 N' _) J相對滾動（傾翻）：這點是滾動與滑動的最大區分點。換句話說，滾動摩擦力是一種阻礙物體翻轉的力。他阻礙的是物體的滾動（翻轉）趨勢。而從另一個角度對比說。我們研究滑動摩擦，研究的是質點的力等效平移后的力平衡關系。我們研究滾動摩擦，研究的是物體的力等效平移后的力矩平衡關系。這是區別對待滑動摩擦和滾動摩擦的關鍵。

接觸且擠壓：雖然要素相同，但是性質不同?；瑒幽Σ恋臄D壓力本身不產生阻礙運動的效果（正壓力與滑動摩擦力垂直）；滾動摩擦的擠壓產生阻礙水平運動的效果（支撐力必然產生水平分力，如附圖。靜摩擦力產生反扭矩）。

接觸面粗糙：這個在前面有提到。即，滾動摩擦產生的前提是存在靜摩擦，因此需要接觸面粗糙。這里特別指出：在光滑表面，滾動的物體會停在原地轉動（但沒有水平位移），而水平移動的物體會保持速度水平移動。這就是滾動摩擦力和滑動摩擦力的表象區別。
- o. F: a0 r, p' X9 Z5 V, M- m) t
逍遙曾有一句話形容滾動摩擦，我認為是很貼切的。就是“滾動摩擦可以看成是無限邊數的正多邊形滾動。其滾動摩擦系數就是其單邊邊長的一半”。這里請參考我附圖中的演變過程。這也從一個側面證明，滾動和滑動的產生機理不同，不能把滑動摩擦看成是曲率半徑無限大的滾動摩擦。

先說這么多，歡迎大家討論。
(感謝鷹大的加分和點亮）

計算, 小車, 而且

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參與人數 4	威望 +33	收起理由
逍遙處士	+ 1
子子61961	+ 1	專業精湛，謝謝分享~
の小南灬	+ 1	問題描述清楚，顯得很專業！
老鷹	+ 30	問題描述清楚，顯得很專業！