角加速度单位(角加速度单位怎么写)
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2023-04-20 06:21:47

导读: 双十一,我正想着买什么,室友突然跟我说!买!车辆! ! ?突然,各种秋名山车神名场面在脑海中闪过——《头文字D》 来源:知乎@feiyu 开始计划哪天一起出去自驾——然后把积攒了很多的钱存起来年 [每个司机都明白] x 事情] 告诉室友 - 这次

角加速度单位,角加速度单位怎么写

临近双十一,

小编还寻思着不知道买点啥的时候,

室友忽然告诉我ta!买!车!了!

忽然间脑海里就闪现过秋名山车神的种种名场面——

《头文字D》 来源:知乎@飞隅

开始盘算哪天一起出去自驾——

然后把自己积攒多年的【老司机都懂的x件事】告诉室友——

这时候,

室友亮出了自己的新车——

啊这,

原来是双十一搬运快递的手推车啊喂~

但是【老司机都懂的x件事】已经“话到嘴边不得不说”,

不论是秋名山车神还是购物车车神,

你,值得拥有——

01

每一辆成功的车身后,

都有默默转动的轮子

1904年,一辆传奇汽车“

福特999

”创下了91.37英里 (大约每小时147公里) 这一陆上速度纪录后,固特异公司特地给福特写信提到:“世界第一的赛车上,

不要忘记车上的轮胎是固特异制作的

。”

福特999赛车模型 来源:搜狐汽车

轮胎和汽车既是一个整体,也是相互成就的不同部分,

一辆车能否满足人们的交通需求,轮胎是那个“幕后英雄”。

其实无论是购物车、自行车、行李箱,还是赛车、汽车,这些工具省力的原因都是因为——有

轮子

。那么问题来了:

为什么用轮子运东西,比把同样的负重放在地上拖走更

省力

呢?旋转的轮子又是如何带动车身

前进

的呢?

我们先来回顾一个基本原理:

运动的叠加

如果A相对于B以

v

的速度在运动,B相对于C以速度

v

在运动,那么A相对于C的运动速度就是

v

+

v

落实到轮子的问题上也一样:半径r的轮子在转,如果它的角速度是 ω,那么距离轴 r 的一点

相对于轴

就有了一个大小是

ωr

的线速度。另外,整个车在向前走,轴自然要跟着车有一个相同的速度 v。于是轮子外沿上任何一点

相对于地面

的速度就是

ωr + v

我们格外关心的是轮子和地面直接

接触

的地方,因为只有和地面接触,才会和地面有

相互作用

。如果不考虑形变的话,那就是一个点,所有的摩擦力都

集中到了这一点

上。

理想条件下,轮子都在进行“

无滑滚动

”——也就是说,

轮子

和地面接触那一点,相对于地面是静止的

,有ωr + v = 0。如果轮子的角速度 ω 和车速 v 不变,那么轮子与地面相互接触的两点也

有相对运动的趋势

,所以,基本的力学告诉我们,轮子和地面

没有摩擦

02

每一个转动的轮子身后,

还有一大堆阻力

既然车轮与地面没有摩擦,是不是意味着就没有阻力了呢?

并不。阻力的来源有很多,首先轮子与车之间依靠【

】进行连接。轴是不能跟着轮子转的,不然坐车的时候车就会跟着轮子一起转(

因此

轴和轮子相接触的地方,就必然要有相对运动,必然要有摩擦

。但是这个摩擦相比于把负重直接放在地上拖走,还是要小很多。我们可以来算一算:假定你要把负重 m 水平匀速拉走 2πr 的距离,用蛮力拖走,你需要的功是 2πµmgr,此处 m 是负重的质量,µ 是与地面的摩擦系数。如果用半径为 r 的轮子来办这件事,我们只需要让轮子转一圈。如果轴的半径是

r

,轴和轮的摩擦系数是

µ

,轮和轴之间的压力应该还是 mg,这样你需要的功就是

2

πµ0mgr0

,换句话说,

用轮子需要的功,是直接蛮力拉走同样距离的功的

µr/(µr)

倍。

为了让

µ

尽可能的小,有了【

轴承

】。

轴承 来源:百家号

我们也希望轴的半径

r

尽可能地小,但是,你的轴是要承担负重的,所以没法做太细。然后,你还可以把轮子的半径做大一点,但轮子半径并不是越大越好。

另一方面,轮子放在地上,地面总是要【

变形

】的,轮子会给地面压出个坑来,所以轮子实际上是相当于在坑里爬坡。

地面有微小变形,其实轮胎与地面不止一个接触点

当然这样也会带来一定的阻力,所以要把路面修的很坚硬,以减少这种形变。力的作用是相互的,轮子自身也会有变形,因而带来阻力。所以轮胎一定要把气打足,就像火车那样,铁轮和铁轨硬碰硬。这也是为什么自行车只有2个轮子,而那些运输重物的大货车会有6个甚至8个轮子——

多装几个轮子以减少对地面的压强,可以降低轮子与地面的两种变形

。(坦克表示:要不直接安装履带吧

03

转弯不减速,

就能实现漂移吗?

作为车神的基本技能,那些急转弯的路面上,怎能缺少“

漂移过弯

”的长长胎印呢?

来源:百度

来源:好看视频

想知道漂移是怎么实现的?别急,在了解漂移过弯的原理之前,让我们先看看日常的刹车和转向。

首先考虑简化版的

刹车

。一辆车在上文的理想条件下开的好好的,突然刹车,轮子一下子被“定住”,不能再转了,这时候轮子的转速 ω=0 而车身前进的速度 v≠0,因此ωr+v≠0。于是与地面接触的那一点就有了

滑动摩擦力 µF

(此处F为车对地面的压力),它的方向和运动方向相反的,大小则约等于你把车的放在地上直接拖走。这自然是件非常暴力的事情,因此有时候你在地面上可以看到非常深刻的胎印。

对于

转向

,我们也讨论一个简单模型。假定理想条件下行驶的车,你突然把它的轮子转过一定角度,而原来的车速还保留,这样

ωr 和 v 就不再共线

了,因此 ωr + v 就不会得零了,于是轮胎和地面接触点又有了摩擦力。

而我们知道,

摩擦力

的存在就是减小相对运动(或趋势)的,所以它会

让车身速度v偏向与轮子的取向相一致

。因此,你把前轮往左转,前轮就会受到地面向左的摩擦,一方面有了向左的加速度,把速度矢量拉了过去;另一方面有了向左转的力矩,让车的“朝向”向左旋转,于是整个车就向左转过去了。

当然,实际的转向不可能是把轮子直接掰过去,总要有个过程。你要给轮子一个向左偏的趋势,这个向左偏的趋势让轮子和地面间产生一个静摩擦,如果转弯不是太猛,那么这个静摩擦其实也就够用了,所以转向一般不会像刹车那么暴力。但若是速度太高,转向过猛,有时候静摩擦都不够用了,于是轮胎出现了侧滑。

而赛车手的经典漂移技巧,又称“甩尾”,就是通过后轮对质心的旋转力矩小于前轮,后轮的静摩擦转换为滑动摩擦,以达到“车尾外滑”,来实现的。

它可以通过多种方法来实现,但是属于危险操作,在这里小编就不细讲了(

在日常通勤时,如果静摩擦不够转弯,你的轮子,车头的指向,还有车身速度矢量,三者完全不在一起,难以操控,是非常危险的,对轮胎也不友好。所以

切记切记,转向一定要减速!

道路千万条,安全第一条!

图源网络

04

加速不够猛?

可别光责怪发动机

在小编还年轻的时候,某赛车游戏提供了各种炫酷华丽的胎印(漂移过弯时会在路面上展现),曾误导小编以为

车轮上印各种复杂花纹

是为了好看的胎印。

然而,上一节提到“刹车”时,曾粗略的估计过刹车力大小约为动摩擦力µF。所以

轮胎的花纹,是为了增大这里的µ,以便更快地减速

。同理,如果

想要加速,也需要借助摩擦

此时轮子受到的力,首先有地面的摩擦力 f(可以是静摩擦或动摩擦,但不会大于 µN)。除此以外,有可能受到某个驱动力矩 K 让它旋转。假设轮胎的转动惯量为l,不考虑轮和轴摩擦。于是得到

轮子旋转的方程

另一方面,考虑整台车的运动。车在地面上要加速,有可能是受到了某种推动力 F,比如手推车,除此以外就只有地面摩擦 f 了,有:

摩擦力的存在,当然是要使得轮胎与地面接触的点,尽可能地相对静止,也就是说,它会试着保持 ωr - v = 0(此处wr和v均取标量),或者说 ,于是把第一个方程乘上 rm 并和第二个方程乘上 I 相加:

因此

在这种情况下,轮子与地面的接触点,始终相对于地面静止。但是,由于

轮子的速度和旋转速度都要改变

,轮子的着地点就可能会有和地面

相对运动的趋势

,为了消掉这种趋势,产生了一点

摩擦力

。对应于汽车启动,F = 0,这点摩擦力就是

车的动力

,让车身速度能够跟得上轮子的转速。所以给轮子的力矩越大,轮子的角加速度越大,相应的摩擦力也就越大,汽车的加速度也就越大。

可是摩擦力是有限度的。如果力矩太大,

摩擦力就不足以消除相对运动的趋势

,于是趋势就真的变成了相对运动——轮子转的飞快,但是车几乎不动,比如说在冰面上……切记不能猛踩刹车,这样反而会让车子更加难以控制;正确做法是,缓慢平稳的一踏一放制动踏板,并且观察留意前后方的车辆。慢慢纠正方向盘,回正后,轻点油门,让轮胎慢慢恢复附着力,然后再慢慢点油门启动。

轮胎打滑空转 来源:百度

你总是说,发动机你再超载一下吧。可是,发动机已经很累了,它不想再超载了,而且它知道你加速度不够是因为

轮胎摩擦力太小

,和它没关系(

写在最后

呼~

终于把【老司机都懂的x件事】传授给了室友

再看了一眼手推车

它似乎还不太明白

自己为什么要承受这么多期待

咳咳

不过话又说回来

毕竟双十一就快要付尾款了

疫情期间的快递与外卖小哥

的确承受了更高的期待

希望老司机们路上都稳~稳~哒~

di


参考文献

  1. 《理论力学(第8版)》

    高等教育出版社

  2. 一些概念及术语参考了维基百科

  3. 幸亏还有人一次又一次重新发明轮子_百科TA说 (baidu.com)

  4. 漂移(赛车术语)_百度百科 (baidu.com)

  5. 轮胎打滑空转怎么办-百度经验 (baidu.com)

封图来源:知乎@明月淬火

编辑:蕉

总结:以上内容就是对于角加速度单位,角加速度单位怎么写的详细介绍,文章内容部分转载自互联网,希望对您了解角加速度单位有帮助和参考的价值。

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