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本帖最后由 zerowing 于 2013-4-23 16:37 編輯
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6 s5 Z& J! `; z1 z' E之前的一個關于小車運行中消耗功率的問題引起熱議。以致眾多大俠現身。% s% P& b, G+ ^; Y* R3 J
不過這個問題還是有需要研究和指名的部分的。這里談一談。4 b' I+ Q& G+ }. U& v5 ]
首先，還原問題。+ t1 G3 U, u" c% ] M
整體質量：1500kg 勻速狀態運行速度：160m/min 接觸形式：鋼隊鋼滾動 I* s' U4 g, n1 q0 ~% U( d
其他條件：未知4 Z4 c: r1 `1 y. d
（PS：當開始寫之后，筆者才發現，光討論摩擦形式的問題,篇幅就很長了，因此決定分開來討論。首先是摩擦形式的討論。）1 V( h3 [3 P u* F
8 N r1 @$ s* k \" M, W關于滾動摩擦和滑動摩擦
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首先，這里必須說明，滾動摩擦和滑動摩擦的性質是不一樣的。因此，把滑動摩擦定義為無限大曲率半徑下的滾動摩擦是不對的。而且原則上講，我們在談滾動摩擦的時候其研究前提就是純滾動無滑動。這一點請大家必須明確。( z& t- ~4 Y' R) A
那么分開說：/ N+ M/ c7 R+ `/ g. y
滑動摩擦：滑動摩擦的三個要素點分別是：相對滑動、接觸面擠壓、存在表面粗糙度。
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/ a9 Y. I) [+ K* ]9 ~1 v相對滑動：這里指出了滑動摩擦的性質，滑動摩擦是一種被動力，即只有先產生了相對運動，才有滑動摩擦。換句話說，滑動摩擦力永遠都是一個與運動方向相反的力，也就是永遠的阻力。$ d0 Y2 H; H! F, W
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接觸面擠壓：這里強調兩點。一是兩物體接觸，不接觸無摩擦。二是兩物體因為外力作用產生擠壓變形。
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表面粗糙度：這個不做說明了。但是這里需要強調的一點是，絕對光滑的表面不會產生滑動摩擦力。這點切忌。" F% Q$ u# n" R& g2 ^" B" q5 y; w
滑動摩擦力與接觸面積大小無關、與物體運動速度無關。 Z# @+ ?" u7 t+ }
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0 u8 o: K9 b8 ]滾動摩擦：滾動摩擦力的實質是滾動體與接觸面因為產生擠壓變形，而形成的傾翻阻力。（但不僅限于擠壓形變）。從本質上講，我們通常研究的滾動摩擦力是靜摩擦力的積分形式，必須說明，靜摩擦力在這里的作用是穩定瞬心，但也是產生傾翻阻力矩的原因，這點上我與度娘百科的分歧很大。滾動摩擦的三個要素點：接觸且擠壓、相對滾動（傾翻）、接觸面粗糙。
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5 b& C& i; g) }6 X" L9 _ @6 U相對滾動（傾翻）：這點是滾動與滑動的最大區分點。換句話說，滾動摩擦力是一種阻礙物體翻轉的力。他阻礙的是物體的滾動（翻轉）趨勢。而從另一個角度對比說。我們研究滑動摩擦，研究的是質點的力等效平移后的力平衡關系。我們研究滾動摩擦，研究的是物體的力等效平移后的力矩平衡關系。這是區別對待滑動摩擦和滾動摩擦的關鍵。- `3 A* F$ z2 ~: j
1 N( a( L# x& c2 X接觸且擠壓：雖然要素相同，但是性質不同。滑動摩擦的擠壓力本身不產生阻礙運動的效果（正壓力與滑動摩擦力垂直）；滾動摩擦的擠壓產生阻礙水平運動的效果（支撐力必然產生水平分力，如附圖。靜摩擦力產生反扭矩）。4 d: Q+ @7 v: E7 q: m
& D4 t3 s) W. M0 \5 O+ Q, Q' o接觸面粗糙：這個在前面有提到。即，滾動摩擦產生的前提是存在靜摩擦，因此需要接觸面粗糙。這里特別指出：在光滑表面，滾動的物體會停在原地轉動（但沒有水平位移），而水平移動的物體會保持速度水平移動。這就是滾動摩擦力和滑動摩擦力的表象區別。
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逍遙曾有一句話形容滾動摩擦，我認為是很貼切的。就是“滾動摩擦可以看成是無限邊數的正多邊形滾動。其滾動摩擦系數就是其單邊邊長的一半”。這里請參考我附圖中的演變過程。這也從一個側面證明，滾動和滑動的產生機理不同，不能把滑動摩擦看成是曲率半徑無限大的滾動摩擦。
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先說這么多，歡迎大家討論。
4 e4 X0 E _1 m1 \2 d5 Q9 M8 q(感謝鷹大的加分和點亮） |
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發表于 2013-4-23 16:04:13
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