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(摩擦力轮胎宽)轮胎越宽摩擦力越大吗

江湖上盛传一种说法:轮胎越宽,抓地力越好。

抓地力,就是摩擦力,还记得中学学的摩擦力公式吧:F=μ×N(摩擦系数×正压力)。那么问题来了,材料(摩擦系数)不变,车重(正压力)不变,管它多宽的胎,摩擦力F都一样啊!本着中学物理老师不会骗我们的原则,坚决想江湖舆论说不。但是现实中宽大的跑车轮胎又怎么解释呢?小邦四处打听后学到这么多东西:

讲解轮胎之前呢,首先回放一下中学时候物理老师抛出的“拉木块测试”:

一个木块,按A、B两种体位摆在地上,拉动它们所需克服的摩擦力F一样么?

我记得中学时候的实验结果是:两个拉力是相同的。然后老师得意的说:看,摩擦力和接触面积没有关系。当时所有的学生就是膜拜地“哦~”。那么这能证明推翻“轮胎尺寸越大抓地力越好”的江湖传言么?别着急。

引入概念:【宏观接触面积vs微观接触面积】

物体的微观表面都是凹凸不平的,物体间真正“触碰到”的部位其实是很有限的。

一张名片放在光滑的桌面上,我们平常说的接触面积就是名片的面积,这叫宏观接触面积。但名片和桌面真正“碰上”的部分大约只占百分之几,这叫微观接触面积,正是它在操纵着摩擦力的大小。

大侠们只要记住:微观接触面积越大,摩擦力就越大。

下面红框框里面的专供求知欲高的大侠,可直接跳过:

拇指按在iPhone的home键上,貌似手指接触了整个按钮,但微观接触部位,其实只是按钮对应的指纹,估计占按钮面积的一半左右。

大胆的说,如果某人天生没有指纹,手指的微观接触面积会大增,摩擦力会比常人大,捏东西就更不容易滑。

这恐怕是一个颠覆的观点吧!因为,从小到大,所有的教科书上都说“指纹有防滑的作用”,其实在正常情况下,有指纹更容易滑。

如果你们用过标准厚度规,那是磨得像镜子一样光洁的不锈钢块,只要两块厚度规摞在一起了,就得费点力气才能拉开,这就是接触表面过于平整光洁,微观接触面积很大,而导致摩擦力异常变大的真实案例。

明白了摩擦力实际上跟微观接触面积有联系后,还没完,我们接着看看,增加正压力N后,发生了什么。

所有物体在微观上看,都有一定的弹性。正压力N增加,接触表面变形也增加,所以微观接触面积S也会增加,最终导致摩擦力F增加。

因此,“压得越紧,摩擦力越大”,这个现象的幕后本质还是总的微观接触面积变大了。

【解读“拉木块测试”】

假设体位A和体位B的宏观接地面积是3:1,那么接触压强就是1:3,那么在单位接地面积内,体位B有更多的微观接触点。

假设木块具备“线性弹性”,即3倍的接触压强,能换来3倍的微观接触点密度。但是,体位B的宏观接地面积只有A的1/3,那么最终A和B的微观接触面积还是一样的(3×1/3=1),摩擦力也应该是一样的。

如果木块的弹性是非线性的呢?那就是说,3倍的接触压强,换不来3倍的微观接触点密度,那体位B就吃亏了(小于3的数×1/3,结果是小于1的),因此体位B的摩擦力必然小于A。这种情况下,拉动A就更费劲。

【轮胎的非线性】这才是重中之重

我们生活中很多物体的微观表面都呈现非线性弹性特征,木头、纸张、皮肤、都不例外,因此真实世界中,同样的压力下,往往接触面积越大,摩擦力越大。

橡胶是一种非常奇葩的材料,它具备严重的“非线性”特征,所以这个效应非常明显,相同条件下,更大的接触面积,就是可以带来更好的摩擦力。

因此,民间盛传的“宽胎抓地力好”,是有理论依据的,这也是坊间汽车传言中为数不多的正解

责任编辑: 鲁达

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