滚动摩擦和滚动阻力

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介绍

滚动摩擦和滚动阻力指的是一种阻碍机械部件在表面滚动运动的力。例如，通常情况下，在粗糙的表面上拉动一个沉重的衣柜非常困难，但是如果使用铁轮，则拉动过程就会变得更容易。这是因为铁轮不会在地板上滑动，而是在地板上滚动。车轮与地面的接触点的速度保持为零，这就是为什么铁轮能够在地面上平稳滚动的原因。

什么是滚动摩擦？

滚动摩擦是阻碍和减慢车轮在弯曲或粗糙表面上运动的力。与滚动相比，在表面上滑动或滑动物体需要更多的时间和能量 (Acary & Bourrier, 2021)。滚动摩擦指的是一种较小的力，它解释了为什么在粗糙表面上拉动重物比较费力。

图1：滚动摩擦的表现

常见的摩擦类型包括静摩擦和滑动摩擦。静摩擦是指物体相对于其他物体静止时，表面之间作用的摩擦力类型，而滑动摩擦可以定义为两个不同物体在滑动过程中产生的阻力 (Xie, Ma & Zhao, 2019)。静摩擦的例子有台灯放在桌子上，以及双手摩擦生热。滑动摩擦的例子有木块在地板上滑动。

什么是滚动阻力？

滚动阻力是指车轮保持平稳运动并保持速度一致所需的能量。它是滚动过程中发生的滚动运动的反作用力，当物体与表面接触时开始发生 (Hanisch & Ziese, 2021)。为滚动物体提供阻力所需的能量是可恢复的。

滚动摩擦和滚动阻力的公式

图2：滚动阻力

滚动摩擦的公式是 $\mathrm{F\:=\:μ_rN}$，其中F代表滚动摩擦，它取决于物体和表面的某些值。在这个公式中，μ_r表示物体在表面上滚动摩擦的系数，N表示物体上常见的法向反作用力 (Xie, Ma & Zhao, 2019)。表示物体滚动摩擦的因素包括表面的形状和状态、滚动的表面性质以及车轮的速度 (Liu, Liu & Mao, 2018)。除此之外，滚动摩擦还取决于车轮的半径、物体的材料一致性以及表面。

滚动摩擦和滚动阻力的应用

滚动摩擦和滚动阻力的应用可以在汽车在道路上行驶时看到，汽车车轮与路面的摩擦产生阻力以阻止汽车 (Hanisch & Ziese, 2021)。除此之外，一辆汽车的较大车轮比另一辆汽车的车轮产生更大的阻力。

图3：滚动摩擦和滚动阻力

在铁路线路上，火车通过是一个滚动摩擦的极好例子，它导致产生很大的滚动阻力。“F = k * Ln”是表示滚动摩擦的最重要的公式，它表示负载与分数幂的乘积，分数幂是一个常数 (Liu, Liu & Mao, 2018)。在这个公式中，F代表滚动摩擦，它取决于K，K代表分数的常数幂与表示L的物体的总负载的乘积。

结论

滚动摩擦会对物体在地面上运动的速度和运动产生阻力。“滚动阻力”完全取决于以滚动运动状态存在的物体的重量和“滚动阻力系数”。除此之外，物体的质量和重力加速度也被认为是提供表面物体阻力的滚动物体的核心组成部分。滚动物体的长度尺寸是另一个重要的滚动摩擦因素，它保持滚动摩擦的速率。

常见问题

Q1. 哪些因素会干扰车辆的滚动阻力？

A1. 车轮的直径和压力会干扰车辆的滚动阻力。除此之外，车轮的结构、宽度和胎面也对物体的滚动阻力有很大影响。

Q2. 哪些因素会影响滚动摩擦？

A2. 一些因素会极大地影响滚动摩擦的速率，例如汽车或车轮的速度和半径。除此之外，车轮的形状以及表面的性质或状态对弯曲表面的速率有很大影响。

Q3. 哪些部件可以降低滚动摩擦的速率？

A3. 车轮的弹性直径和表面的不规则性对车轮的滚动摩擦有很大影响。分子摩擦是另一个核心组成部分，它也会显着影响滚动摩擦。

Q4. 滚动阻力是什么？

A4. 滚动阻力是主要发生在圆形物体（如球、轮和圆柱体）在表面上滚动时产生的阻力。滚动阻力的主要原因是特定物体以及表面的变形，或者在这两种情况下，都可以看到阻力。