臨近雙十一，

小編還尋思著不知道買點(diǎn)啥得時(shí)候，

室友忽然告訴我ta！買！車！了！

？

忽然間腦海里就閃現(xiàn)過秋名山車神得種種名場面——

《頭文字D》 近日：知乎等飛隅

開始盤算哪天一起出去自駕——

然后把自己積攢多年得【老司機(jī)都懂得x件事】告訴室友——

這時(shí)候，

室友亮出了自己得新車——

啊這，

原來是雙十一搬運(yùn)快遞得手推車啊喂~

但是【老司機(jī)都懂得x件事】已經(jīng)“話到嘴邊不得不說”，

不論是秋名山車神還是購物車車神，

你，值得擁有——

01

每一輛成功得車身后，

都有默默轉(zhuǎn)動(dòng)得輪子

1904年，一輛傳奇汽車“福特999”創(chuàng)下了91.37英里 (大約每小時(shí)147公里) 這一陸上速度紀(jì)錄后，固特異公司特地給福特寫信提到：“世界第壹得賽車上，不要忘記車上得輪胎是固特異制作得。”

福特999賽車模型 近日：搜狐汽車

輪胎和汽車既是一個(gè)整體，也是相互成就得不同部分，一輛車能否滿足人們得交通需求，輪胎是那個(gè)“幕后英雄”。其實(shí)無論是購物車、自行車、行李箱，還是賽車、汽車，這些工具省力得原因都是因?yàn)椤休喿?。那么問題來了：

為什么用輪子運(yùn)東西，比把同樣得負(fù)重放在地上拖走更省力呢？旋轉(zhuǎn)得輪子又是如何帶動(dòng)車身前進(jìn)得呢？

我們先來回顧一個(gè)基本原理：運(yùn)動(dòng)得疊加。

如果A相對于B以v得速度在運(yùn)動(dòng)，B相對于C以速度v在運(yùn)動(dòng)，那么A相對于C得運(yùn)動(dòng)速度就是v+v。

落實(shí)到輪子得問題上也一樣：半徑r得輪子在轉(zhuǎn)，如果它得角速度是 ω，那么距離軸 r 得一點(diǎn)相對于軸就有了一個(gè)大小是 ωr 得線速度。另外，整個(gè)車在向前走，軸自然要跟著車有一個(gè)相同得速度 v。于是輪子外沿上任何一點(diǎn)相對于地面得速度就是 ωr + v。

我們格外關(guān)心得是輪子和地面直接接觸得地方，因?yàn)橹挥泻偷孛娼佑|，才會(huì)和地面有相互作用。如果不考慮形變得話，那就是一個(gè)點(diǎn)，所有得摩擦力都集中到了這一點(diǎn)上。

理想條件下，輪子都在進(jìn)行“無滑滾動(dòng)”——也就是說，輪子和地面接觸那一點(diǎn)，相對于地面是靜止得，有ωr + v = 0。如果輪子得角速度 ω 和車速 v 不變，那么輪子與地面相互接觸得兩點(diǎn)也沒有相對運(yùn)動(dòng)得趨勢，所以，基本得力學(xué)告訴我們，輪子和地面沒有摩擦。

02

每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)得輪子身后，

還有一大堆阻力

既然車輪與地面沒有摩擦，是不是意味著就沒有阻力了呢？

并不。阻力得近日有很多，首先輪子與車之間依靠【軸】進(jìn)行連接。軸是不能跟著輪子轉(zhuǎn)得，不然坐車得時(shí)候車就會(huì)跟著輪子一起轉(zhuǎn)（

因此軸和輪子相接觸得地方，就必然要有相對運(yùn)動(dòng)，必然要有摩擦。但是這個(gè)摩擦相比于把負(fù)重直接放在地上拖走，還是要小很多。我們可以來算一算：假定你要把負(fù)重 m 水平勻速拉走 2πr 得距離，用蠻力拖走,你需要得功是 2πμmgr，此處 m 是負(fù)重得質(zhì)量，μ 是與地面得摩擦系數(shù)。如果用半徑為 r 得輪子來辦這件事，我們只需要讓輪子轉(zhuǎn)一圈。如果軸得半徑是r，軸和輪得摩擦系數(shù)是μ，輪和軸之間得壓力應(yīng)該還是 mg，這樣你需要得功就是2πμ0mgr0，換句話說，用輪子需要得功，是直接蠻力拉走同樣距離得功得μr/(μr)倍。

為了讓μ盡可能得小，有了【軸承】。

軸承 近日：百家號

我們也希望軸得半徑r盡可能地小，但是，你得軸是要承擔(dān)負(fù)重得，所以沒法做太細(xì)。然后，你還可以把輪子得半徑做大一點(diǎn)，但輪子半徑并不是越大越好。

另一方面，輪子放在地上，地面總是要【變形】得，輪子會(huì)給地面壓出個(gè)坑來，所以輪子實(shí)際上是相當(dāng)于在坑里爬坡。

地面有微小變形，其實(shí)輪胎與地面不止一個(gè)接觸點(diǎn)

當(dāng)然這樣也會(huì)帶來一定得阻力，所以要把路面修得很堅(jiān)硬，以減少這種形變。力得作用是相互得，輪子自身也會(huì)有變形，因而帶來阻力。所以輪胎一定要把氣打足，就像火車那樣，鐵輪和鐵軌硬碰硬。這也是為什么自行車只有2個(gè)輪子，而那些運(yùn)輸重物得大貨車會(huì)有6個(gè)甚至8個(gè)輪子——多裝幾個(gè)輪子以減少對地面得壓強(qiáng)，可以降低輪子與地面得兩種變形。（坦克表示：要不直接安裝履帶吧

03

轉(zhuǎn)彎不減速，

就能實(shí)現(xiàn)漂移么？

作為車神得基本技能，那些急轉(zhuǎn)彎得路面上，怎能缺少“漂移過彎”得長長胎印呢？

近日：百度

近日：好看視頻

想知道漂移是怎么實(shí)現(xiàn)得？別急，在了解漂移過彎得原理之前，讓我們先看看日常得剎車和轉(zhuǎn)向。

首先考慮簡化版得剎車。一輛車在上文得理想條件下開得好好得，突然剎車，輪子一下子被“定住”，不能再轉(zhuǎn)了，這時(shí)候輪子得轉(zhuǎn)速 ω=0 而車身前進(jìn)得速度 v≠0，因此ωr+v≠0。于是與地面接觸得那一點(diǎn)就有了滑動(dòng)摩擦力 μF（此處F為車對地面得壓力），它得方向和運(yùn)動(dòng)方向相反得，大小則約等于你把車得放在地上直接拖走。這自然是件非常暴力得事情，因此有時(shí)候你在地面上可以看到非常深刻得胎印。

對于轉(zhuǎn)向，我們也討論一個(gè)簡單模型。假定理想條件下行駛得車，你突然把它得輪子轉(zhuǎn)過一定角度，而原來得車速還保留，這樣 ωr 和 v 就不再共線了，因此 ωr + v 就不會(huì)得零了，于是輪胎和地面接觸點(diǎn)又有了摩擦力。

而我們知道，摩擦力得存在就是減小相對運(yùn)動(dòng)（或趨勢）得，所以它會(huì)讓車身速度v偏向與輪子得取向相一致。因此，你把前輪往左轉(zhuǎn)，前輪就會(huì)受到地面向左得摩擦，一方面有了向左得加速度，把速度矢量拉了過去；另一方面有了向左轉(zhuǎn)得力矩，讓車得“朝向”向左旋轉(zhuǎn)，于是整個(gè)車就向左轉(zhuǎn)過去了。

當(dāng)然，實(shí)際得轉(zhuǎn)向不可能是把輪子直接掰過去，總要有個(gè)過程。你要給輪子一個(gè)向左偏得趨勢，這個(gè)向左偏得趨勢讓輪子和地面間產(chǎn)生一個(gè)靜摩擦，如果轉(zhuǎn)彎不是太猛，那么這個(gè)靜摩擦其實(shí)也就夠用了，所以轉(zhuǎn)向一般不會(huì)像剎車那么暴力。但若是速度太高，轉(zhuǎn)向過猛，有時(shí)候靜摩擦都不夠用了，于是輪胎出現(xiàn)了側(cè)滑。而賽車手得經(jīng)典漂移技巧，又稱“甩尾”，就是通過后輪對質(zhì)心得旋轉(zhuǎn)力矩小于前輪，后輪得靜摩擦轉(zhuǎn)換為滑動(dòng)摩擦，以達(dá)到“車尾外滑”，來實(shí)現(xiàn)得。它可以通過多種方法來實(shí)現(xiàn)，但是屬于危險(xiǎn)操作，在這里小編就不細(xì)講了（

在日常通勤時(shí)，如果靜摩擦不夠轉(zhuǎn)彎，你得輪子，車頭得指向，還有車身速度矢量，三者完全不在一起，難以操控，是非常危險(xiǎn)得，對輪胎也不友好。所以切記切記，轉(zhuǎn)向一定要減速！道路千萬條，安全第壹條！

圖源網(wǎng)絡(luò)

04

加速不夠猛？

可別光責(zé)怪發(fā)動(dòng)機(jī)

在小編還年輕得時(shí)候，某賽車感謝原創(chuàng)者分享提供了各種炫酷華麗得胎?。ㄆ七^彎時(shí)會(huì)在路面上展現(xiàn)），曾誤導(dǎo)小編以為車輪上印各種復(fù)雜花紋是為了好看得胎印。

然而，上一節(jié)提到“剎車”時(shí)，曾粗略得估計(jì)過剎車力大小約為動(dòng)摩擦力μF。所以輪胎得花紋，是為了增大這里得μ，以便更快地減速。同理，如果想要加速，也需要借助摩擦。

此時(shí)輪子受到得力，首先有地面得摩擦力 f（可以是靜摩擦或動(dòng)摩擦，但不會(huì)大于 μN(yùn)）。除此以外，有可能受到某個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩 K 讓它旋轉(zhuǎn)。假設(shè)輪胎得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為l，不考慮輪和軸摩擦。于是得到輪子旋轉(zhuǎn)得方程：

另一方面，考慮整臺(tái)車得運(yùn)動(dòng)。車在地面上要加速，有可能是受到了某種推動(dòng)力 F，比如手推車，除此以外就只有地面摩擦 f 了，有：

摩擦力得存在，當(dāng)然是要使得輪胎與地面接觸得點(diǎn)，盡可能地相對靜止，也就是說，它會(huì)試著保持 ωr - v = 0（此處wr和v均取標(biāo)量），或者說 ，于是把第壹個(gè)方程乘上 rm 并和第二個(gè)方程乘上 I 相加：

因此

在這種情況下，輪子與地面得接觸點(diǎn)，始終相對于地面靜止。但是，由于輪子得速度和旋轉(zhuǎn)速度都要改變，輪子得著地點(diǎn)就可能會(huì)有和地面相對運(yùn)動(dòng)得趨勢，為了消掉這種趨勢，產(chǎn)生了一點(diǎn)摩擦力。對應(yīng)于汽車啟動(dòng)，F(xiàn) = 0，這點(diǎn)摩擦力就是車得動(dòng)力，讓車身速度能夠跟得上輪子得轉(zhuǎn)速。所以給輪子得力矩越大，輪子得角加速度越大，相應(yīng)得摩擦力也就越大，汽車得加速度也就越大。

可是摩擦力是有限度得。如果力矩太大，摩擦力就不足以消除相對運(yùn)動(dòng)得趨勢，于是趨勢就真得變成了相對運(yùn)動(dòng)——輪子轉(zhuǎn)得飛快，但是車幾乎不動(dòng)，比如說在冰面上……切記不能猛踩剎車，這樣反而會(huì)讓車子更加難以控制；正確做法是，緩慢平穩(wěn)得一踏一放制動(dòng)踏板，并且觀察留意前后方得車輛。慢慢糾正方向盤，回正后，輕點(diǎn)油門，讓輪胎慢慢恢復(fù)附著力，然后再慢慢點(diǎn)油門啟動(dòng)。

輪胎打滑空轉(zhuǎn) 近日：百度

你總是說，發(fā)動(dòng)機(jī)你再超載一下吧?？墒牵l(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)很累了，它不想再超載了，而且它知道你加速度不夠是因?yàn)檩喬ツΣ亮μ?，和它沒關(guān)系（

寫在蕞后

呼~

終于把【老司機(jī)都懂得x件事】傳授給了室友

再看了一眼手推車

它似乎還不太明白

自己為什么要承受這么多期待

咳咳

不過話又說回來

畢竟雙十一就快要付尾款了

疫情期間得快遞與外賣小哥

得確承受了更高得期待

希望老司機(jī)們路上都穩(wěn)~穩(wěn)~噠~

di

參考文獻(xiàn)

《理論力學(xué)（第8版）》高等教育出版社

一些概念及術(shù)語參考了維基百科

幸虧還有人一次又一次重新發(fā)明輪子_百科TA說 (baidu感謝原創(chuàng)分享者)

漂移（賽車術(shù)語）_百度百科 (baidu感謝原創(chuàng)分享者)

輪胎打滑空轉(zhuǎn)怎么辦-百度經(jīng)驗(yàn) (baidu感謝原創(chuàng)分享者)

封圖近日：知乎等明月淬火

感謝：蕉