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1.2.2 轮胎也受“热”的影响
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具备行驶、转向、停车这三大要素的汽车,其轮胎也与“热”有着密切的联系。轮胎是汽车与路面的唯一接触点,是解释“热”对汽车的重要性的关键所在。
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轮胎由黑色橡胶制成。这种橡胶受热时会产生黏性,冷却时会变硬。受热时会变软,更容易紧贴地面,即处于所谓的“抓地力强”的状态。相反,冷却时变硬,不容易紧贴地面,抓地力就弱。汽车行驶时轮胎与地面接触产生弹性变形,橡胶因摩擦而生热,从而使得轮胎的抓地力变强。在高速公路上行驶时,你不妨中途在服务区停车,亲手摸一下轮胎的触地面,会感觉有点儿烫。
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比赛用胎是轮胎橡胶受热影响的极端例子。当轮胎触地面的橡胶温度达到大约80度时抓地力(黏着力)最强。在汽车行驶过程中,轮胎与地面频繁接触,橡胶温度极速升高,抓地力也不断增强。相反,由于在升温的过程中前轮胎抓地力是很弱的,便催生出了在赛前使用类似电热毯等布罩包裹轮胎以提高其温度的策略。
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另外,冬天使用的无钉防滑轮胎采用了一种特殊的橡胶,即使在冰上也能保持柔软性。轮胎与地面接触时,柔软性好的橡胶易产生弹性变形,从而更容易摩擦生热,增强轮胎的抓地力。用手指按一下无钉防滑轮胎触地面的橡胶就会发现它非常柔软,手指很容易陷进去并且留下指痕。相反,用手指按一下买车时配备的标准轮胎(业界称为夏季轮胎)的触地面,就很难留下指痕。
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无钉防滑轮胎采用的是质地柔软的橡胶,在炎炎夏日的柏油路上会因过于柔软而绵软无力,很难行驶。之所以区别春夏秋时使用的标准轮胎(即夏季轮胎)和在冬天(特别是在下雪和结冰时)使用的无钉防滑轮胎,原因就在于此。
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总之,只有充分利用轮胎所用橡胶的特性和热量,汽车才能正常行驶。
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1.2.3 借助作用力与反作用力转向
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接下来,我将讲述汽车是如何充分利用“作用力与反作用力”这一物理原理的。学文科的人或许又会抱怨啦:“又来了!”就请再稍稍忍耐一下吧。
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与之前讲过的“热”一样,作用力与反作用力也是日常生活中我们能够真切感受到的物理原理。“热”和 “作用力与反作用力”都是汽车利用到的重要物理原理。
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驾驶员转动方向盘使汽车转向时,轮胎需要克服离心力。克服离心力的力量来自于轮胎触地时摩擦产生的抓地力。
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这样一来,摩擦就发挥了阻力的作用。就如同即使托盘稍稍倾斜,玻璃杯也不会滑落一样,都是摩擦在发挥作用。在玻璃杯即将滑落时,摩擦会充当阻力的角色,防止其滑落。
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思考一下托盘和玻璃杯的关系就会发现,抓地摩擦即为使车停止的阻力。轮胎却利用这一阻力加速、转向和前进。
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还记得在学校学过的“作用力与反作用力”吗?老师肯定讲过:“你用手推墙,会感觉到墙也在推你。”用手推墙,墙虽不动,推的人却能感觉到一股墙好像也在推自己的反弹力(图1.4)。这就是“作用力与反作用力”。
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图1.4 作用力与反作用力
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人们把这种反弹力称为阻力。即使对方不是墙而是人,也能感到“对方也在推自己”或者说“受到反弹力”。通过阻力或者反弹力,人们被推向用力方向的相反方向。同样,这一现象也会发生在轮胎与地面之间。轮胎与地面之间产生的摩擦变为阻力,抵抗轮胎的旋转,从而转化为汽车前进的动力。
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如果没有摩擦生成的阻力,轮胎就无法推动汽车前进。摩擦产生的抓地力越大,阻力越大,汽车就能更快地行驶和转向。
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路面有雪或结冰时轮胎容易打滑,不易行驶,这是因为水会减小轮胎与地面之间的摩擦(产生反作用的阻力)。人在用手拿物品时,如果手上有水或者油,就容易打滑,很难拿住物品。相反,如果手和物品之间没有水和油,摩擦就会变大,也不会打滑,就能很牢固地拿住物品。
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由于摩擦能够防滑,因此在干燥的柏油路上不易打滑。因为路面阻力大,所以汽车容易加速。
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为了实现行驶、转向、停车这三大要素,汽车很好地利用了“作用力与反作用力”以及之前所讲的“热”等基本物理原理。之所以在本章开头说“汽车是与物理密切相关的交通工具”,就是因为汽车遵循了上述基本原理。
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1.2.4 充分利用物理原理采取安全措施
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在提高安全性方面,汽车同样充分利用了物理原理。
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