随着社会的进步,快速、多样化的现代化交通工具为人们的出行带来了方便,同时,交通事故的频繁发生仍然是给许多家庭带来悲剧的罪魁祸首。那么,如何在驾驶车辆时尽量避免或减少交通事故的发生,除了要严格遵守交通规则,还应了解一些有关行车中的物理知识,下面就行车中的力学知识略作分析。以供给大家的行车安全作些参考。
1 行车中的摩擦力
1.1 机动车起动时的摩擦力
大多数机动车的后轮与发动机链接,成为主动轮,则前轮为从动轮。机动车在起动时,发动机带动主动轮旋转,主动轮与地面接触的部分有相对地面向后的运动趋势,因此主动轮要受到向前的静摩擦力(一般情况下,主动轮不与地面打滑,主动轮与地面接触的部分瞬间相对地面静止,故受到静摩擦力)。而从动轮在机动车的推动下,其整体有相对地面向前的运动趋势,因此从动轮要受到向后的静摩擦力。由于主动轮所受向前的静摩擦力大于从动轮所受向后的静摩擦力(主动轮有明显的横纹,可增大向前的最大静摩擦力,不容易出现打滑现象,而从动轮则没有明显的横纹),其合力向前,所以机动车在起动过程能加速向前运动。
1.2 机动车在转弯时的摩擦力
机动车在转弯时需提供一个向心力F=mv2/r,对于一定的弯道(r一定),速度越大,所需向心力越大,此向心力是由轮胎与地面间的横向静摩擦力(其方向垂直于速度方向,指向弯道所在圆周的圆心)来提供,由于静摩擦力存在一个极值──最大静摩擦力。如果行驶速度过大,所需向心力就大于最大静摩擦力,即静摩擦力不足以提供所需向心力,那么车辆就会作相对地面滑动的离心运动,可能会滑离正常行驶轨道,造成交通事故。因此高速公路上紧急转弯处一般会安装限速提示牌,以提醒司机减速转弯。
1.3 机动车在刹车时的摩擦力
机动车在紧急刹车时,可认为全部轮胎被刹住不转,由于惯性车辆仍有向前的速度,轮胎则相对地面向前滑动,因此轮胎受到向后的滑动摩擦力作用,使车辆减速停下。在摩擦力一定的情况下,根据运动学公式:t=v0/a和s=v02/2a可知,摩擦力一定,产生的加速度a一定,刹车时的初速度v0越大,刹车时间t和刹车滑行的距离s越长,更容易造成交通事故,据统计,90%的交通事故是由于车速过大而造成的;又因为滑动摩擦力跟动摩擦因素成正比,而滑动摩擦因素跟地面和轮胎间的粗糙程度有关。例如:下雨后地面上的积水起润滑的作用,可降低地面和轮胎间的粗糙程度,从而减小滑动摩擦力,导致刹车时间延长。因此下雨天,更应低速行驶,确保行车安全。
2 机动车的功率
每辆机动车的发动机都有一定的额定功率。发动机的额定功率P额与其产生的牵引力F及其行驶速度v的关系可用公式P额=Fv表示。由此可看出,在额定功率恒定不变的情况下,机动车的牵引力与行驶速度成反比。在机动车刚起动时,速度较小,牵引力较大,牵引力大于机动车所受阻力。因此能以低速挡加速行驶;在机动车达到高速时,牵引力与机动车所受阻力平衡,因此能以高速挡保持匀速行驶;在机动车上坡行驶时,所受阻力较大,为了增大牵引力,需减速行驶,因此以低速挡获得较大牵引力上坡。
3 机动车的力矩平衡
机动车能换用不同的挡位以获得不同的牵引力,其传动装置就是根据力矩平衡的原理制成的。如图所示:
R1为主动齿轮半径,其产生的动力为F动 ,R2为从动齿轮半径,其所受阻力为F阻。
根据力矩平衡:F动R1=F阻R2,一般情况下可认为F阻R1恒定,换用不同的挡位以改变R2的大小,根据表达式F动=F阻R2/R1可知:F动与R2成正比;在传动带的线速度一定时,则w1R1=w2R2=v,解出w2= w1R1/R2=v/R2,可知w2与R2成反比;综合上述,从动轮半径越大R2,其转速n2=w2/2∏越小(机动车行驶速度越小),但获得的动力F动(牵引力)越大,此为以低速挡行驶的原理。
4 行车中的能量
大家都知道,任何机动车都需要消耗能源。目前,机动车的主要能源还是汽油。机动车在行驶过程中,能量由汽油中的化学能转化为机动车的机械能,同时机械能因摩擦又转化为机动车与地面的内能,最后内能散失在周围的环境中。当然,机动车的发动机存在能源的利用效率问题,经实践证明,每辆机动车都对应着一段最佳行驶速度范围,机动车以最佳行驶速度行驶时,汽油的燃烧最充分,能源的利用效率最高。另外,机动车在紧急刹车时,大量机械能转化为内能,降低能源的利用效率,因此在行车的过程中尽量避免紧急刹车,可提高能源的利用效率,节约能源。值得关注的是,由于传统能源日趋紧缺,新型能源更替传统能源是持续发展所趋,节能型、环保型的机动车将成为我们的主要交通工具。
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