別被雙眼蒙蔽了!輪胎越寬抓地力越強是否成立?

2020-12-13 酷車無憂

在玩車圈內,玩家們都避免不了經常和輪胎輪轂打交道。而在圈內盛傳著一句話:「輪胎越寬,抓地力就越好。」理論上來說這句話是成立的。

輪胎的抓地力就是摩擦力,不知道大家還記不記得中學時的物理公式:

F=μ×N(摩擦係數×正壓力)

那麼問題也就隨之而來,材料(摩擦係數)不變,車重(正壓力)不變,不管更換多寬的胎,摩擦力F都一樣啊。

相信很多理性汽車愛好者就會因此而認為「抓地力和接觸面積(輪胎寬度)無關。」那麼在車圈內盛傳的寬胎理論又是從何而來呢?今天就帶大家深聊下寬胎的「流言蜚語」吧,接下來我會堅持以讓每個人都能看懂的言論寫下面的內容。

F=μ×N(摩擦係數×正壓力)雖然廣為人知,不管你記不記得,但它就是摩擦理論的最精簡版本,真實的摩擦理論要複雜得多得多,為了讓大家更清楚的了解主題,今天我就花幾分鐘給大家惡補一下物理,但是會避開繁瑣的理論推演。

先來看一個讓很多人都會糾結的問題:

同一塊木頭,按照下圖A和B兩種體位擺放在地面上,那麼所拉動他們時摩擦力一樣嗎?

(如果這個問題弄清楚了,摩擦力和接觸面積的關係也就清楚了,自然而然寬胎理論也就清楚了。)

宏觀接觸面積VS微觀接觸面積

物體的微觀表面都是凹凸不平的,物體之間真正接觸到的部位其實非常有限。例如一張名片放在光滑的桌面上,我們平常所認為的接觸面積就是名片的面積,這叫做宏觀接觸面積,但是名片盒桌面真正接觸的面積,大約只有不到百分之十,這便是微觀接觸面積,其實真正所影響摩擦力大小的是微觀接觸面積,而大多數時候我們會被我們雙眼所見的宏觀接觸面積所蒙蔽了。

記住:微觀接觸面積越大,摩擦力越大。(有些時候眼睛所見的並不全面)

或許我這樣說還是過於抽象,可能很多人對這樣的概念還是比較陌生,我再帶大家看另外一個例子。

蘋果手機可能很多人都用過,就算沒用過也見過別人用過吧?拇指按在手機的HOME件上,貌似手指是接觸了整個按鍵,但是以微觀接觸面積來看,其實真正接觸按鍵的面積只佔了一半左右,看下圖:

明白了摩擦力(輪胎抓地力)實際上跟微觀接觸面積(輪胎寬度)的聯繫後,下面帶大家了解,增加正壓力(車重)後,發生了什麼。所有物體在微觀上看,都會有一定的彈性,正壓力增加,接觸表面變形也會增加(就像用手指按HOME鍵,越用力手指微觀接觸面積也會越大),所以微觀接觸面積也會增加,最終摩擦力也會增加。

因此記住一點:「壓得越緊,摩擦力越大。」

回到木塊,假設A和B的宏觀接觸面積是3:1,那麼接觸壓強也就是1:3,那麼在單位接地面積內,B有更多的微觀接觸點。

假設木塊是具備「線性彈性」的,也就是三倍的接觸壓強,能換來三倍的微觀接觸點密度,但是,B的宏觀接地面積只有A的1/3,那麼最終A和B的微觀接觸面積還是一樣的(3*1/3=1),所以摩擦力應該是一樣的。

如果木塊的彈性是非線性的呢?也就是說,三倍的接觸壓強,不等於三倍的微觀接觸點密度,那麼B的摩擦力必然小於A,這種情況下,若要拉動A摩擦力更大,也就更費勁,所以我們的眼睛再一次欺騙了我們。

在生活當中有很多物體的微觀表面接觸面積都是非線性彈性特徵,就連我們的皮膚也不例外,所以在現實生活中,同樣的壓力下,往往接觸面積越大,摩擦力越大。再來看看輪胎,輪胎的原材料是橡膠,可以說橡膠是一種非常特殊的材料,在物理學中它具備非常典型的「非線性」特徵,所以接觸面積效應也會非常明顯,相同條件下,更大的接觸面積,就可以帶來更大的摩擦力,也就是抓地力。

因此,在車圈內盛傳的「輪胎越寬抓地力越強」,是符合物理學依據的,這也是在車圈內傳言裡為數不多的正解。

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