车轮上的物理
汽车作为重要的交通工具，已经慢慢进入我们的日常生活，成为了人们生活中不可或缺的一部分。我们先思考一个问题：车轮为什么做成圆形？你也许会说，这还不简单，因为圆的轮子容易滚动啊！但这只是一种表面现象。把车轮做成圆形，不仅是因为圆形易滚动，而且车轮上各点到车轮中心（圆心）的距离都等于车轮半径，当车轮在平面上滚动时，车轮中心与平面的距离保持不变。因此，当车辆在平坦的路上行驶时，坐车的人会感觉很平稳，这就是车轮做成圆形的道理。认真想一想，各种式样的汽车车轮，其中涉及到不少的物理知识！为此，我们择要讨论以下几个问题。
首先，我们了解一下从不同角度对轮胎进行不同的分类，通常的分类包括按照骨架结构分类、按照用途及国际标准进行分类、按照不同使用车辆进行分类等。
（1）按照结构分类 根据轮胎骨架材料的排布情况，轮胎可分为斜交轮胎、带束斜交轮胎、子
午线轮胎。斜交结构轮胎是历史最悠久的一种结构，设计理论、生产工艺较为成熟，随着汽车及轮胎工业的发展，出现了子午线轮胎和带束斜交胎。
（2）按照用途及国际标准分类 轮胎按照国际标准一般分为：轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、工程轮胎、特种车辆轮胎、航空轮胎、摩托车胎和自行车胎。每一种轮胎都有相应的标准对其规范，确定各种类和规格的相应指标。
（3）按照使用车辆分类 不同用途的车辆使用的轮胎种类是不同的，PC——轿车轮胎；LT——轻型载货汽车轮胎；TB——载货汽车及大客车胎；AG——农用车轮胎；OTR——工程车轮胎;ID——工业用车轮胎； AC——飞机轮胎；MC——摩托车轮胎。
1.无论是自行车还是汽车，其车轮都可区分为驱动轮和导向轮，静摩擦力扮演什么角，物理课上老师往往这样陈述：驱动轮受到的静摩擦力是车前进的动力，导向轮受到的则是阻力，其实并不尽然。
设动力机构传递给驱动轮转动力矩（顺时针方向），驱使它向顺时针方向转动，这时轮胎的触地处与地面因有相对滑动趋势，使驱动轮受到向右的静摩擦力。这个静摩擦力究竟扮演了什么角呢？
先来看看它对转动的影响，一般动力矩是很大的，如没有摩擦力，驱动轮就会转得飞快。它与动力矩的方向相反，阻碍了驱动轮的转动。设驱动轮转过一个角度（同时车前进距离），这时摩擦力矩做功。由于车轮与地面无相对滑动，可见静摩擦力对转动着的驱动轮作了负功，消耗了动力系统传给它的转动能量。再来看看对平动的影响，随着车轮的转动，整车在向右平动，由于它与车平动方向一致，在上述过程中它对整车作了正功。可见，静摩擦力在消耗动力系统转动能量的同时，也使整车增加了相同数量的平动能量，综合起来考虑，静摩擦力既没有消耗能量（不是阻力），又没有提供能量（也不是动力），它只是把动力系统提供的转动能量转换为整车的平动能量。
车架推着导向轮前进，同样的分析可知，导向轮所受的静摩擦力是抑制了平动但促进了转动，只要没有相对滑动，它并没有真正消耗能量，所以也不能说它是阻力。因此，以整车为系统，动力系统与驱动轮、车架与导向轮之间的相互作用都是内力，如果我们只关心整车的平动，只需要分析外力。显然，对整车的牵引力可由驱动轮与导向轮受到的摩擦力之差来计算，可能正是由于这个式子，使人误认为驱动轮受到的摩擦力是动力，导向轮受到的摩擦力是阻力，但实际上车辆行驶的阻力不仅仅发生在导向轮，而且产生阻力的原因也不是由于摩擦。
2.车轮行驶的阻力来自何处？
有行车经验的人都清楚，车辆在水平路面上行驶的阻力取决与车的载重、轮胎的气压和路面的刚度，轮胎气压不足或路面松软时行车特别费力。载重量影响阻力的大小不难理解，轮胎气压和路面刚度影响阻力的道理是相仿的，下面我们在假设路面绝对刚性的条件下来分析一下轮胎气压对行车阻力的影响。
由于轮胎的非刚性，它与路面的接触处就会变形而扩展成一个面。车静止不动时路面对轮胎的支撑力是对称分布的，其合力通过轴线，对轮的力矩为零。车行驶时情况就不同了，接触面后缘处的形变处在恢复中并开始脱离路面，使轮胎与路面的挤压减小；而前缘的形变在加剧中，轮胎与路面的挤压增大。这一变化使合力的作用线前移一段距离，从而对轮形成一个阻碍转动的力矩。
阻力的大小与车重正比，轮胎的气压越低或车的载重量越大，轮胎与路面的接触面就展得越宽、支撑力的前移量就越大，因而阻力矩也就越大，为了保证车辆继续前进就需要动力系统输出更大的转动力矩。由此可见，滚动的阻力不是起源于摩擦，严格地说，“滚动摩擦力”的说法并不正确，应该说成“滚动阻力矩”或简称为“滚动阻力”。
3.胎压对车轮的影响。很多车主会有这样的经历，在轮胎充气店为自己的爱车充过气后上路行驶，感觉车内噪音很大，刹车刹不住，坐在车内颠的厉害。或者是感觉车提速慢，左右晃动明显，一段时间后观察，耗油量明显增加。造成这种现象的原因是胎压高于或低于正确的胎压值(汽车出厂时厂家规定的充气压力值)，这是很危险的。
胎压过高，使轮胎与地面的接触面积减少，单位面积所承受的压力、磨损剧增,容易造成刹车失控,遇地面突起物或凹陷，损害车的悬挂系统，乘坐不舒适等。
胎压过低，使轮胎与地面接触面积增加，行驶时胎内温度不正常增加，同时，由于胎侧变形严重，内部的钢丝、帘布层老化加剧,从而为爆胎埋下隐患，并且使耗油量增加，轮胎寿命降低。
校正胎压是安全检查中最重要的一环。很多车主往往随意打气，甚至用脚踢来试试气足不足。这是危险的，因为轮胎在工作情况中致命的因素是发热。轮胎充完气以后是鼓起的，但其与地面接触部分却是平的。轮胎运动时就好像一个气球被反复的往地面按压；橡胶材料随之受弯曲、拉伸以及离心力的作用而交叉变形，其工作情况之恶劣可想而知。假如气压不正常，这些反复交叉的变形就不能保持在设计允许的范围以内由此必然带来寿命缩短，耗油量
增加，甚至爆胎翻车。因此，注意轮胎情况，不光光是要看胎面磨得怎么样，还应随时检查其气压情况如何，要谨记这点。
胎压过低会导致不正常磨损或轮胎内部损伤；胎压过高则会使得轮胎及轮胎圈较易受到不平路面的冲击而变形，甚至会导致爆胎。胎压必须随时检查，而胎压的检查必须是在轮胎冷却的情形下进行，否则高温会使胎压升高，量起来不准。如何判断轮胎是否处于冷却状态呢？很简单，只要是停止行驶1小时以上即可。切勿以快速剧烈的方式给轮胎降温。量胎压必须符合轮胎制造公司针对不同车辆、不同轮胎以及不同的用途所订的标准。
4.轮胎花纹型式五花百门。根据类型，主要分为3种：普通花纹、越野花纹和混合花纹。
轮胎花纹的主要作用就是增加胎面与路面间的磨擦力，以防止车轮打滑，这与鞋底花纹的作用如出一辙。它提高了胎面接地弹性，在胎面和路面间切向力(如驱动力、制动力和横向力)的作用下，花纹块能产生较大的切向弹性变形。切向力增加，切向变形随之增大，接触面的“磨擦作用”也就随之增强，进而抑制了胎面与路面打滑或打滑趋势。有研究表明，产生胎面和路面间磨擦力的因素还包括有这两面间的粘着作用，分子引力作用以及路面小尺雨微凸体对胎面貌一新微切削作用等，但起主要作用的仍是花纹块的弹性变形。
5.汽车为什么要abs。abs是anti-lock brake system（刹车防抱死系统）的英文缩写，它的作用是当汽车刹车时通过电子或机械装置让刹车以一定节律一紧一松地交替动作，防止把轮毂完全抱死。刹车是在行车过程中遇到紧急情况，为了让车尽快停下来而采取的措施，让刹车皮紧紧抱住轮毂不让它转动不好吗，为什么要防止抱死呢？
为了说清这个道理，我们先来分析另一个生活中常见的事例。如果你想把自行车的鞍座拔高一点，你会发现即使松掉紧固螺丝后还是很难把鞍座向上拔动，有经验的人一定会这样做：用双手分别握住鞍座的前后来回旋转扭动，在扭动中略微向上施一把力就可以慢慢把鞍座拔高了。我们也常常用同样的方法在缺乏工具时用手把没有全部钉入木板的钉子拔出来。
汽车在正常行驶时除非遇到极端情况，一般不可能发生侧向漂移；如果刹车时把轮毂抱死了，由于惯性汽车仍会继续前行相当距离，轮胎与路面处于相对滑动状态，这中情况如果发生在导向轮则将使它失去导向作用，如发生在后轮将会造成侧向漂移，这些都会造成意外的事故。使用了abs系统，轮胎与路面间就不会出现连续的滑动从而就能有效地防止上述事故发生。
看似小小的车轮，其中蕴藏着无穷的知识和道理，我们需要进一步去探究和发掘，更好地服
务我们的生活。
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