牵引力是怎样的力

作者:minglang.org

汽车发动机工作时,可以向驱动轮施加适当方向的力矩,干预车轮的转动,使地面对车轮施加向前的力,这就是牵引力。如果对牵引力有这样的理解,是值得赞许的。但也是不够的。对于后轮驱动的汽车,这样的理解,不容易发现破绽;对于四轮驱动,问题容易暴露。
下面从一个有数据的题目开始我们的讨论。题目解答完了,略加思考,新的结论也就出来了。
四轮汽车,四轮驱动,1000千克,在平直的道路上行驶,先后作以下操作:
第一阶段,以某种方式控制油门,汽车做匀加速运动,经1秒速度由9米每秒增加到10米每秒。
第二阶段,以某种方式控制油门,汽车以10米每秒作匀速运动。
第三阶段,以某种方式控制油门,汽车作匀减速运动,经2秒速度减为9米每秒。
第四阶段,完全关掉油门(或者置于空档),经1秒速度减为8米每秒。
设风速始终与汽车速度相同,以致空气对汽车的水平作用力可以忽略不计。
求四个阶段牵引力分别多大?
解:取运动方向为正方向。
四个阶段,加速度分别为:1,0,-0.5,-1米每二次方秒。
由牛顿第二定律,合力分别为:1000,0,-500,-1000牛。
第四阶段:牵引力为零。汽车水平方向受到的外力仅有地面对汽车向后的阻力,易知,大小为1000牛。
第一、二、三阶段:(参照课本相关例题解答思路)汽车水平方向受到的外力有两个:向前的牵引力,和向后的阻力。向后的阻力大小应该仍然是1000牛。那么容易算出,向前的牵引力分别为2000牛,1000牛,500牛。
以上解答方法是普遍使用的。
本题有意给了汽车一个限定语:四轮驱动。读者可能已经产生了一个疑惑:题目中,合力就是地面对四轮的水平力;如果不考虑某些偶然的或可以控制的差异造成的影响,那么地面对四个驱动轮要么都施加向前的力,要么都施加向后的力;向前牵引力和向后阻力是怎么同时作用于汽车的呢?
我们只能说:所谓牵引力一般并不是地面对驱动轮的向前力,所谓地面阻力一般并不是地面对车轮向后的力(仅在没有施加驱动的情况下,地面阻力是地面对车轮向后的力)。
第一阶段,地面对四个车轮的水平作用力都是向前,合力大小为1000牛;这个事实,我们等价地表述为:向前的牵引力2000牛与向后的阻力1000牛同时存在。这样的定义,使得下面的叙述能够成立:牵引力跟汽车路程的乘积,反映发动机工作对汽车机械能的贡献。 地面阻力的大小跟汽车路程的乘积,反映地面因素、车轮非完全弹性变形、轴承因素等造成的机械能的损失。
第二阶段,地面对四个车轮的水平作用力为零;这个事实,我们等价地表述为:向前的牵引力1000牛与向后的阻力1000牛同时存在。
第三阶段,地面对四个车轮的水平作用力都是向后,合力大小为500牛;这个事实,我们等价地表述为:向前的牵引力500牛与向后的阻力1000牛同时存在。
结论就是:地面对车轮水平方向的力,人为地分解为向前的力和向后的力,分别称为牵引力和地面阻力,阻力由关闭油门情况下汽车减速运动的加速度来计算。

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