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輪胎 / 摩擦力 與國中物理

這就要看你說的抓地力是什麼了。
摩擦力和接觸面積無關,而只和摩擦係數與正向力(在這個話題中就是車子的重量)有關,這是對的,
不過輪胎的抓地力不完全是來自於摩擦力。

因為輪胎並不是剛體,輪胎壓在地面上會產生變形,
在光滑表面上,輪胎的接觸面會變成平的,
對它施予一個橫向的力量,它也會在靠近路面的地方變成往施力的方向變形。
你可以想像拿一塊橡皮擦壓在桌上(不要用整個面,用稜線的部份,或是有擦過而變得有點弧形的部份),
它底下應該會變得扁扁的,會有點被擠到旁邊去,
然後往後拉(但不要產生滑動),就會看到接觸桌面的那部份比整塊橡皮擦還要前面一點,
這就是同樣發生在輪胎上的變形。

這時車子起步了,車輪產生旋轉力量,
因為旋轉的方向是向前,在下半部的力量是往後的(所以上面才會說要往後拉),
有一部份的橡膠就被擠到前面去。
物體變形時它自己會有一股恢復的力量(就是彈性力),就像你拉緊橡皮筋後放開它會自己彈回去一樣,
因為輪胎接觸面被擠到前面去,這股彈性力對整個輪胎來說是向上的力量,
而它在輪軸的前面,有了個力臂,於是產生力矩使輪胎往後轉,
這就是輪胎的滾動阻力。

減少這個力矩的方法,一是減小變形的幅度(也就是減小彈性力),
二是減小這個彈性力與輪軸的偏差(也就是減小力臂),
減小變形幅度最簡單的方法就是用大一點的輪胎,
但是光是用大一點的輪胎,力臂同時也會變大,因為整個尺寸都變大了,
所以就讓輪胎變寬,接觸面都變大了,壓力變小,變形就小,
但是輪胎直徑沒有變大,所以力臂沒有變長,
那麼阻力就變小了。
所以跑車要用寬胎。
附帶一提,這也是輪胎氣打飽一點會比較省油的原因,
因為氣打飽了,輪胎比較硬,變形幅度也就比較小,所以滾動阻力就變小了。

你可能會想說,那摩擦力會造成什麼作用?
答案就是讓輪胎抓住地面不會滑動,
輪胎不滑動,才能在有施力的情況下純滾動,也才會有前面所說的輪胎變形造成滾動阻力的問題。
否則油門一踩它就打滑變空轉了,車子還會跑嗎?XD
這其實也可以說是抓地力的一部份,只是它並不是跑車要用寬胎的原因。
所以樓主不用難過,這並不是你國中物理沒學好,而是國中物理的程度不會去解釋這麼複雜的東西。


以上是以前上課的一點印象加上自己的推導,有錯還請指教。
Live long, and prosper!!
singleheart wrote:
(恕刪)
F=W*N
N是摩擦係數,和接觸面積,材料有關




磨擦系數並不是用單位面積下去測出來的
相同的材料不同的面積會有不同的磨擦系數

結論…磨擦力的物理公式並沒有錯,只是我們的教課書沒有說清楚讓我們誤以為磨擦力與面積無關
[磨擦力]=[重量]*[磨擦系數]
[磨擦系數]=[材料]&[面積] //註: &代表相關,說明磨擦系數與材料及面積有關

推導

[磨擦力]=[重量]*([材料]&[面積])

所以在相同輪胎材質及車重下,磨擦力與面積有關

抓地力是什麼? 單位是什麼?
跟記者常說的 一堆 xx 度 是一樣的東西嗎?
Q 度?
脆 度?
抓地力?

既然要討論物理, 就用物理有定義的度量衡會比較好...

不然很容易雞同鴨講.....
相信大家都看過頭文字D,它所使用的輪胎都是特別加寬與低扁平比的高速跑車胎,藉此獲得較大的貼地面積。那麼,接地面積愈大的是否表示抓地力愈好?
抓地力是什麼?抓地力(Grip)即是輪胎與地面之間的磨擦力。
一般磨擦力的公式:(庫倫法則)
F (磨擦力)=μ(磨擦係數) x N(正向力)。
一般討論摩擦力時,若接觸面性質不變的情形下,摩擦力與巨觀接觸面積不相關。因為接觸面積較小時壓力增大,接觸面積大時則壓力減小。
從微觀而言:摩擦力來自於接觸面間原子的交互作用以及表面凹凸不平時的作用。摩擦力與實際原子間的『接觸』面積有關(更明確講應該是交互作用的有效面積)。當接觸面積變小時,壓力則隨之變大,使得表面間實質作用面積並沒多大改變。
因此以上述來說,貼地面積、滑動速度與磨擦力並無直接關連。抓地力Grip(輪胎與地面間的磨擦力)應和膠料配方有關,和接地面積無關。
但是,真的是這樣嗎?那麼為什麼仍然有那麼多人裝配使用加寬扁平胎?

剩下的請去原著作者的網誌

http://tw.myblog.yahoo.com/fina-enen/article?mid=


k9027210 wrote:
相信大家都看過頭文字...(恕刪)


這不已經是月經題了嗎...國中物理的公式中...有一個很重要的假設..."剛體"
剛體的摩擦力才會和接觸面積無關
但是很抱歉...現實生活中...輪胎是軟的...地面也是會變形的...所以不能完全適用國中物理公式
事實上沒錯輪胎你就是把它想成這麼簡單就好了
相同的配方之下,越寬抓地力越強

至於磨擦力的大小與接觸面積無關
我想這句話真正的意思是=>材質的影響力遠大於接觸面積
接觸面積的影響只佔磨擦力比重約10%
重點在於兩者的分子吸附相對的強或弱(材質),我不知稱之摩擦系數妥不妥當
所以賽車胎抓地力之所以強,是因為配方提升了對地面彼此的分子吸附力(摩擦系數高)
但同樣的若分子吸附力的接觸點越多,對摩擦力的提升還是有所幫助,雖然只佔了10%
所以實際上與也不會是全然與接觸面積無關,只是摩擦系數才是影響的主因
故在相同的配方的前提之下(排除材質差異),當然越寬抓地力越強

所以有些人在輪胎等級沒升等之下只加大一些尺寸
就以為能在同一個彎多個10~20km/h的限極,真是太危險
磨擦係數跟材質有關~~相同接觸面積磨擦係數越高磨擦力越大~~

磨擦力與接觸面積成正比~~也與摩擦係數成正比
k9027210 wrote:
相信大家都看過頭文字...(恕刪)


所以 抓地力==摩擦力?

所以兩者用同樣的公式表示?

那何必定義兩個名詞?

照這樣的法則, 福特馬力, 法拉利馬力?

固特異摩擦力, 瑪吉斯摩擦力?

網頁裡面說:
"抓地力(Grip)即是輪胎與地面之間的磨擦力。"

所以裡面定義了"輪胎".

那如果有人說"我新買的Nike 籃球鞋, 抓地力很好.."

鞋子底下有裝輪胎嗎?

基本上古典物理是沒有"Grip" 抓地力 這種力存在...



要討論科學就不要扯進口語化的形容詞會比較好.

記者常說, 這麵條 Q度百分百.....

這跟形容溫度 攝氏32度 是完全兩回事.


補充一點, 因為樓主下的標題是物理...所以就談物理.


加寬輪胎有幾個優點:

接觸面積全部都落入濕滑路面的機率大幅降低

盡量至少保有一部分胎面與地面接觸面維持摩擦力

延緩胎皮的損耗速度,也延緩地面被窄胎掀起破壞的速度

減少輪胎側向變形導致側滑...



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