小楔块为什么能阻止大汽车?

一辆载重汽车停止在斜坡上,是什么力量支持着它呢?如果您看了“汽车行驶中的外部摩擦”和“汽车制动过程中的摩擦”,您一定会毫不犹豫地说,是地面的静摩擦力!

在这里,汽车依然是作为一个整体来讨论其运动状态。因此,起作用的只有外力。

地面给车轮的摩擦力是通过汽车制动系统的内摩擦来获得的。司机操纵刹车机构,制动器卡钳夹紧制动盘,阻止传动轴的运动,车轮失去转动的自由,汽车在其重力的驱使下沿斜面有向下滑动的趋势,从而获得地面给予的摩擦力。

如果刹车系统提供的内摩擦不足,车轮刹不死,转动的车轮只能获得地面给予的滚动摩擦力,其数值远远小于静摩擦力,驻车就会失败。但是,有时候我们会看到,车轮是刹死了,但汽车还会在斜面上下滑,这是为什么呢?

在中学物理课中我们学过,动摩擦力的大小等于摩擦系数与正压力的乘积。其中摩擦系数与相互接触的两个物体的材料和粗糙程度等因素有关,是一个定值。如果路面较滑(摩擦系数小)或者斜面的倾斜度过大,摩擦力就不足以阻止汽车向下滑移。有经验的司机常常在汽车轮子下压一个楔形块,可以有效地阻止下滑。

为什么一个小小的楔块可以停住一部大汽车呢?关键在于楔块放置的方式。如果放置在平行车轮正面的位置上,不要说是一个微不足道的楔块,就算是一堵墙,也未必可以挡住汽车的下滑。这是什么原因呢?

刚才说过,摩擦力的大小等于摩擦系数与正压力的乘积。一堵墙所产生的摩擦力数值等于它的自重在斜面方向上产生的压力与摩擦系数的乘积,这个力还要减去墙的重力所引起的墙本身沿斜面下滑的力,余下的才是帮助汽车停止在斜面上的力。一个楔块本身的重量很小,但是由于压在了车轮下面,汽车重量的一部分施加在它上面,这样,楔块就对路面产生很大的正压力,获得的摩擦力自然也就比较大了。

由此可见,力学基本知识是很奥妙的,认识一些力学的基本知识对汽车使用者是很有益处的。

(2000.10.17)

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