滾阻

1、物體在滾動的過程中由於接觸面的不斷變化,而形成的靜摩擦力。 1、路面:摩擦因數大的路面會造成輪胎的形變數加大,直接增大了車輛的滾阻。 一個輪組由於前進而被迫轉動時,靜摩擦力成為車輪轉動的動力,車輛前進的阻力。

定義

滾阻即滾動阻力(rolling resistance)。是物體在另一物體上滾動(或有滾動趨勢)時由於物體和支承面接觸處的形變而產生的阻力。一部分來源於靜摩擦力,一部分來源於彈性體回復滯後造成的輪胎壓縮點與回復點之間的壓力差造成的力。簡單點說,就是因為輪胎的彈性造成的效率損失(不光是輪胎,所有彈性物體都是如此,比如避震器也就是利用這個原理)。一般套用於車輛術語。

原理

滾動阻力分為靜摩擦力和彈力損耗,它實質上就是滾動摩擦力
1、物體在滾動的過程中由於接觸面的不斷變化,而形成的靜摩擦力。物體在主動滾動時(物體主動鏇轉而使物體前進)輪胎受到與地面的靜摩擦力是致使物體前進的動力,此時物體所受的靜摩擦力不再是阻力,而是動力。
2、車輪在轉動時,輪胎由於受到壓力而不斷產生形變,這個壓力並不是垂直於地面的,而是指向圓心的。所以經過力的分解勢必會產生一部分的阻力。這就是為什麼充氣不足的腳踏車騎起來比較費力。
3、若接觸物體剛性無限大,形狀為絕對球形,則滾動過程中接觸的就不是一個面,而是一個點了。此時,輪與支持面間只接觸一條線,支承力N通過圓輪的軸心垂直於支持面,滾阻為零。

作用

滾動摩擦力比最大靜摩擦和滑動摩擦要小得多,在一般情況下,滾動摩擦力只有滑動摩擦阻力的1/40到1/60。所以在地面滾動物體比推著物體滑動省力得多。
現代社會中陸地運輸廣泛運用車輪便是這一道理。

降低滾阻

降低滾阻可減輕物體運動時所受的阻力,從而達到更高的動能轉換率。車輛在行駛中所受的阻力為風阻和滾阻,若是理想狀態下風阻及滾阻同時為零,則車輛可在無動力下一直做勻速行駛。
例如磁懸浮列車,滾阻為零,可以達到普通陸地車輛都無法企及的速度。
現代汽車滾阻占汽車油耗的14%-17%,滾阻每降10%,油耗可降低1%-2%,所以,在車輛風阻無法克服的情況下,降低滾阻是非常實用的。
單純降低滾阻並不難,但是降低滾阻的同時總會犧牲輪胎的某些性能。在輪胎的三大性能中:耐磨,滾阻,抗濕滑,往往改善其中1-2條性能,會引起第三條性能的損失,這在輪胎業中稱之為“魔三角”。所以想要做到三全,在技術上是不易解決的難題。
1、路面:摩擦因數大的路面會造成輪胎的形變數加大,直接增大了車輛的滾阻。所以車輛在比較平整的路面上行駛地比較快。而火車(鐵軌與鋼輪的剛性都比較大)的滾阻更小,由於箭狀風阻也降低,使動能利用率遠遠超出了汽車。所以小小一個火車頭才能拉動百米長的火車體。
2、輪胎的寬度:窄胎與路面的接觸面比寬胎要小,單位長度內產生的形變橡膠的面積要少,自然滾阻也變小了。
3、輪胎的充氣程度:取決於路面狀況。充氣越多,輪組的剛性越大。如果在平整的公路上,充氣越足的輪胎滾阻越小。如果在顛簸的路面上,剛性越大的輪胎無法給予車輛足夠的緩衝,車輛的動力都會損失在彈蹦現象上。同理,輪胎的硬度也取決於路況。
4、 輪組的大小:輪組越大,滾阻越小,因為“更圓”,所以產生的型變相對越小,車輪與地面的切面越趨近於一個點。
5、 輪胎的粗糙程度:輪胎的粗糙程度與滾阻是沒有關係的。粗糙輪胎造成動能損失的原因是輪胎疾速轉動時與空氣形成摩擦,產生胎躁,此時阻力為空氣阻力。
6、 多輪驅動:輪組在轉動時,總會與地面產生靜摩擦力。一個輪組由於前進而被迫轉動時,靜摩擦力成為車輪轉動的動力,車輛前進的阻力。當一個輪組自主轉動而使車輛前進時,靜摩擦力反而成為動力。所以在保證穩定性的前提下,儘量減少無動力輪組可以有效降低滾阻,或者替換成驅動輪組。鐵路中動車組的每節車廂都有動力,所以動能轉換率要比普通火車高。

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