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摘 要：在日常生活中，物理知识与物理现象无处不在。在汽车驾驶过程中，许多现象也都体现着物理力学规律。本文以汽车驾驶为例，对汽车驾驶中涉及的一些力学问题作出了归纳与探讨。
关键词：物理学；汽车驾驶；力学问题
物理学科中涉及的内容源于生活又可以用于生活，这些内容不仅影响着人类活动的众多领域，而且也是推动社会发展的重要动力。在日常生活中，与物理知识相关的现象无处不在，挖掘物理知识与现实生活的联系，对于更好地掌握物理知识、做到学以致用具有着重要意义。
在人类文明不断发展的过程中，科学技术的进步让人们许多美好的愿景成为了现实。200多年前，汽车的出现成为了人类工业史和交通史中重要的里程碑，这一交通工具替代了马车，并在动力机制方面做出了变革。在此过程中，物理学发挥出了重要的推动作用，如最早的汽车使用蒸汽机作为动力系统，这种动力系统能够将热能转换为机械能，这一过程则涉及物理学中的热学和力学问题。除此之外，汽车行驶过程中也涉及很多的力学问题，本文则对这些力学问题中的部分内容做出了探讨。
一、 汽车行驶中的摩擦力
在汽车行驶过程中，无论是汽车内部还是汽车与外界之间，都会产生一定的摩擦力，对这些摩擦力的了解，可以从汽车启动、转弯以及刹车三个过程中入手。
（一） 汽车启动时面临的摩擦力
在两驱的汽车中，一般发动机会与后轮形成连接，形成主动轮。当汽车启动时，发动机会带动后轮旋转，后轮与地面接触时则会产生与行驶方向相反的摩擦力，当后轮没有发生打滑现象时，在汽车启动的一瞬间，后轮相对于地面静止，因此，汽车后轮会受到静摩擦力的影响，并且这种静摩擦力为向前的力。在此过程中，前轮作为从动轮，会在车辆推动下产生向前运动的趋势，因此，前轮也会受到静摩擦力的影响，并且这种静摩擦力向后。当后轮所受到的静摩擦力大于前轮所受到的静摩擦力时，汽车就会加速向前运动。
（二） 汽车拐弯时面临的摩擦力
在汽车拐弯过程中，需要具备一个向心力，汽车行驶的速度越快，所需要的向心力也就越大。这一向心力的产生主要来自于汽车轮胎与地面所发生的横向静摩擦力。如果静摩擦力达到极值，即行驶速度过大，向心力超过这一极值时，汽车就会产生离心运动，此时的汽车很容易偏离正常的轨道，并产生交通事故。也正因为如此，在公路的紧急转弯地带，一般设有限速提示，从而通过提醒驾驶者降低行驶速度实现安全过弯。
（三） 汽车刹车时面临的摩擦力
在汽車刹车过程中，假设全部轮胎都已经刹住，但是受到惯性影响，汽车仍旧会向前行驶，轮胎与地面之间则会产生摩擦力。根据运动学公式：t=v0/a和s=v20/2a可知，在摩擦力一定的情况下，汽车的行驶速度越快，刹车时间以及刹车之后汽车的行进距离也就越长，因此，当汽车速度较快时，紧急刹车容易发生交通事故。当然，在汽车行驶过程中，轮胎与地面之间的摩擦力和轮胎以及路面的粗糙程度都紧密相关，因此，下雨、下雪也会导致轮胎与地面之间的摩擦力变小，并延长刹车时间和刹车之后的行车距离。由此可见，在阴雨下雪天气，汽车驾驶者有必要控制驾驶速度，从而更好地保证行驶安全。当然，以上的分析都建立在汽车刹车系统没有其他辅助装置的前提之上，而现在大多数汽车所具有的ABS防抱死刹车系统，则能够让车轮与地面之间产生将滑未滑的状态，这让汽车与地面的摩擦力呈现为最大静摩擦力的状态，在此基础上，汽车刹车过程中的加速度要大于车轮滑动的加速度，车辆的刹车时间也可以有效缩短，这对于避免汽车发生追尾、碰撞事故具有着重要意义。
二、 汽车行驶中的空气阻力
在我们驾驶汽车的过程中，当汽车行驶速度在90 km/h以下时，机械阻力是汽车行驶面临的主要阻力，这些机械阻力包括轮胎和地面产生的摩擦以及发动机内部所产生的摩擦等；当汽车行驶速度达到90 km/h以上时，则汽车所面临的主要阻力变为空气阻力。从机械阻力与空气阻力的差别来看，机械阻力不会随着汽车行驶速度的改变而产生改变，而空气阻力则会随汽车速度的加大而不断加大，由此可见，机械阻力属于汽车行驶所面临的常量，而空气阻力则是汽车行驶所面临的变量。具体而言，汽车行驶中所面临的空气阻力主要包括以下几种类型：
（一） 压力阻力
在汽车行驶过程中，汽车所面临的压力阻力又包括压差阻力与迎面阻力两种，这都是汽车行驶面临的最主要的空气阻力之一。迎面阻力即汽车前进过程中，车头所面临的阻力，这一阻力与汽车车头的面积具有紧密的关联，即汽车车头面积越大，汽车所面临的迎面阻力也越大。在迎面阻力问题的解决中，可以采用流线型设计方法降低汽车行驶所面临的迎面阻力。压差阻力指的是汽车行驶过程中，空气会逐渐流向车尾，而车尾垂直平面部分则面临着十分严重的湍流，并且形成空气分离区，这个分离区中的负压和汽车车头所面临的正压产生压差，并形成与汽车行驶方向相反的阻力。从理论上来看，压差阻力的降低可以通过延长车尾来完成，通过避免形成空气分离区来实现压差阻力的降低。然而事实上，如果汽车这样设计，则会降低汽车本身所具有的功能性，因此，压差阻力的降低一直是汽车工程师所面临的重要难题。从当前来看，压力阻力的解决主要采用了圆润的车头设计和缓和的道路坡度来解决，与此同时，汽车工程师也往往会利用扩散器吹散车尾的空气分离区，从而降低压差阻力。
（二） 机舱阻力与诱导阻力
在汽车行驶过程中，发动机与空气之间也会产生一定的隐形阻力。虽然许多汽车都采用流线型设计来降低空气阻力，但是一些空气却可以通过汽车格栅吹向发动机，显然，发动机的造型并不具备流线型的特征，这也让发动机舱面临着一定的空气阻力。从汽车所面临的整体阀组来看，发动机舱阻力占到了总阻力的12%左右。为了解决这一问题，越来越多的汽车开始使用可控制开关的格栅，当汽车高速行驶并且发动机无需冷却时，则汽车驾驶者可以将进气格栅关闭，从而避免气流进入发动机舱，以便实现机舱阻力的降低。 诱导阻力虽然在汽车行驶过程中并不明显，但是这种阻力在汽车风阻方面的占比也达到了7%。诱导阻力的产生同样是源于压差，即在汽车高速行驶的过程中，如果车体空气流速与车辆底盘下的空气流速不同时，汽车将会面临诱导阻力。为了降低车辆行驶中所面临的这一阻力，汽车工程师往往会在汽车上设计一些伸出的边沿，这种设计的功能与飞机上的翼稍小翼类似，都会产生隔绝汽车两个平面间的空间流动、并降低诱导阻力的作用。
三、 汽车行驶中的其他力学问题
（一） 汽车行驶中的牵引力
汽车行驶中的牵引力与汽车所具有的发动机以及汽车发动机的功率具有着紧密的关系。在汽车行驶过程中，如果额定功率不變，则汽车的行驶速度与汽车的牵引力呈现反比关系，即汽车速度越小，牵引力也就越大，因此，在汽车启动阶段，由于汽车行驶速度较小，所以汽车所受到的牵引力大于汽车所受到的阻力。当汽车匀速行驶时，汽车所受到的牵引力与所受到的阻力持平。当汽车上坡时，则汽车所受到的阻力较大，为了增大汽车的牵引力以实现汽车的向前运动，则需要减速慢行，利用低挡上坡。
（二） 汽车行驶中的的内能
汽车行驶需要能源，而这种能源主要是指汽油或者电能。在汽车行驶过程中，汽油与电能可以转换为机械能，而机械能则可以转化为机动车行驶的内能。以燃油汽车为例，汽油燃烧越充分，能源则具有更高的利用率。而在紧急刹车过程中，许多机械能会向内能转化，这就降低了能源的充分利用，因此，在车辆行驶过程中，应当避免过多出现紧急刹车的情况，从而提高能源利用效率。
结语
汽车的出现是人类交通史上重要的革命，汽车是一种复杂的整体，其行驶过程也受到了诸多力学问题的影响，从当前来看，无论是汽车的整体结构还是动力驱动，都对科技的创新与应用作出了体现。综上所述，物理学是一项极具生活性的学科，在驾驶汽车的过程涉及的力学问题中，摩擦力与空气阻力是最为主要的内容。通过了解这些内容，对于汽车的安全驾驶以及汽车设计都具有着重要的现实意义。
参考文献：
[1] 解小琴，陈鹏.流体力学在汽车车身设计中的应用[J].四川职业技术学院学报，2015，（6）：165-167.
[2] 危银涛，马春生，冯希金.汽车工程中的若干力学问题[J].力学与实践，2012，（4）：1-7.
[3] 张楠.计算流体力学软件在汽车气动问题研究中的应用[J].重庆电子工程职业学院学报，2011，（2）：125-127.
[4] 巢凯年.汽车力学在安全驾驶中的应用（五篇）[C].四川省汽车工程学会、成都市汽车工程学会.2007年汽车学术年会论文集，2007.
关键词：物理学；汽车驾驶；力学问题
物理学科中涉及的内容源于生活又可以用于生活，这些内容不仅影响着人类活动的众多领域，而且也是推动社会发展的重要动力。在日常生活中，与物理知识相关的现象无处不在，挖掘物理知识与现实生活的联系，对于更好地掌握物理知识、做到学以致用具有着重要意义。
在人类文明不断发展的过程中，科学技术的进步让人们许多美好的愿景成为了现实。200多年前，汽车的出现成为了人类工业史和交通史中重要的里程碑，这一交通工具替代了马车，并在动力机制方面做出了变革。在此过程中，物理学发挥出了重要的推动作用，如最早的汽车使用蒸汽机作为动力系统，这种动力系统能够将热能转换为机械能，这一过程则涉及物理学中的热学和力学问题。除此之外，汽车行驶过程中也涉及很多的力学问题，本文则对这些力学问题中的部分内容做出了探讨。
一、 汽车行驶中的摩擦力
在汽车行驶过程中，无论是汽车内部还是汽车与外界之间，都会产生一定的摩擦力，对这些摩擦力的了解，可以从汽车启动、转弯以及刹车三个过程中入手。
（一） 汽车启动时面临的摩擦力
在两驱的汽车中，一般发动机会与后轮形成连接，形成主动轮。当汽车启动时，发动机会带动后轮旋转，后轮与地面接触时则会产生与行驶方向相反的摩擦力，当后轮没有发生打滑现象时，在汽车启动的一瞬间，后轮相对于地面静止，因此，汽车后轮会受到静摩擦力的影响，并且这种静摩擦力为向前的力。在此过程中，前轮作为从动轮，会在车辆推动下产生向前运动的趋势，因此，前轮也会受到静摩擦力的影响，并且这种静摩擦力向后。当后轮所受到的静摩擦力大于前轮所受到的静摩擦力时，汽车就会加速向前运动。
（二） 汽车拐弯时面临的摩擦力
在汽车拐弯过程中，需要具备一个向心力，汽车行驶的速度越快，所需要的向心力也就越大。这一向心力的产生主要来自于汽车轮胎与地面所发生的横向静摩擦力。如果静摩擦力达到极值，即行驶速度过大，向心力超过这一极值时，汽车就会产生离心运动，此时的汽车很容易偏离正常的轨道，并产生交通事故。也正因为如此，在公路的紧急转弯地带，一般设有限速提示，从而通过提醒驾驶者降低行驶速度实现安全过弯。
（三） 汽车刹车时面临的摩擦力
在汽車刹车过程中，假设全部轮胎都已经刹住，但是受到惯性影响，汽车仍旧会向前行驶，轮胎与地面之间则会产生摩擦力。根据运动学公式：t=v0/a和s=v20/2a可知，在摩擦力一定的情况下，汽车的行驶速度越快，刹车时间以及刹车之后汽车的行进距离也就越长，因此，当汽车速度较快时，紧急刹车容易发生交通事故。当然，在汽车行驶过程中，轮胎与地面之间的摩擦力和轮胎以及路面的粗糙程度都紧密相关，因此，下雨、下雪也会导致轮胎与地面之间的摩擦力变小，并延长刹车时间和刹车之后的行车距离。由此可见，在阴雨下雪天气，汽车驾驶者有必要控制驾驶速度，从而更好地保证行驶安全。当然，以上的分析都建立在汽车刹车系统没有其他辅助装置的前提之上，而现在大多数汽车所具有的ABS防抱死刹车系统，则能够让车轮与地面之间产生将滑未滑的状态，这让汽车与地面的摩擦力呈现为最大静摩擦力的状态，在此基础上，汽车刹车过程中的加速度要大于车轮滑动的加速度，车辆的刹车时间也可以有效缩短，这对于避免汽车发生追尾、碰撞事故具有着重要意义。
二、 汽车行驶中的空气阻力
在我们驾驶汽车的过程中，当汽车行驶速度在90 km/h以下时，机械阻力是汽车行驶面临的主要阻力，这些机械阻力包括轮胎和地面产生的摩擦以及发动机内部所产生的摩擦等；当汽车行驶速度达到90 km/h以上时，则汽车所面临的主要阻力变为空气阻力。从机械阻力与空气阻力的差别来看，机械阻力不会随着汽车行驶速度的改变而产生改变，而空气阻力则会随汽车速度的加大而不断加大，由此可见，机械阻力属于汽车行驶所面临的常量，而空气阻力则是汽车行驶所面临的变量。具体而言，汽车行驶中所面临的空气阻力主要包括以下几种类型：
（一） 压力阻力
在汽车行驶过程中，汽车所面临的压力阻力又包括压差阻力与迎面阻力两种，这都是汽车行驶面临的最主要的空气阻力之一。迎面阻力即汽车前进过程中，车头所面临的阻力，这一阻力与汽车车头的面积具有紧密的关联，即汽车车头面积越大，汽车所面临的迎面阻力也越大。在迎面阻力问题的解决中，可以采用流线型设计方法降低汽车行驶所面临的迎面阻力。压差阻力指的是汽车行驶过程中，空气会逐渐流向车尾，而车尾垂直平面部分则面临着十分严重的湍流，并且形成空气分离区，这个分离区中的负压和汽车车头所面临的正压产生压差，并形成与汽车行驶方向相反的阻力。从理论上来看，压差阻力的降低可以通过延长车尾来完成，通过避免形成空气分离区来实现压差阻力的降低。然而事实上，如果汽车这样设计，则会降低汽车本身所具有的功能性，因此，压差阻力的降低一直是汽车工程师所面临的重要难题。从当前来看，压力阻力的解决主要采用了圆润的车头设计和缓和的道路坡度来解决，与此同时，汽车工程师也往往会利用扩散器吹散车尾的空气分离区，从而降低压差阻力。
（二） 机舱阻力与诱导阻力
在汽车行驶过程中，发动机与空气之间也会产生一定的隐形阻力。虽然许多汽车都采用流线型设计来降低空气阻力，但是一些空气却可以通过汽车格栅吹向发动机，显然，发动机的造型并不具备流线型的特征，这也让发动机舱面临着一定的空气阻力。从汽车所面临的整体阀组来看，发动机舱阻力占到了总阻力的12%左右。为了解决这一问题，越来越多的汽车开始使用可控制开关的格栅，当汽车高速行驶并且发动机无需冷却时，则汽车驾驶者可以将进气格栅关闭，从而避免气流进入发动机舱，以便实现机舱阻力的降低。 诱导阻力虽然在汽车行驶过程中并不明显，但是这种阻力在汽车风阻方面的占比也达到了7%。诱导阻力的产生同样是源于压差，即在汽车高速行驶的过程中，如果车体空气流速与车辆底盘下的空气流速不同时，汽车将会面临诱导阻力。为了降低车辆行驶中所面临的这一阻力，汽车工程师往往会在汽车上设计一些伸出的边沿，这种设计的功能与飞机上的翼稍小翼类似，都会产生隔绝汽车两个平面间的空间流动、并降低诱导阻力的作用。
三、 汽车行驶中的其他力学问题
（一） 汽车行驶中的牵引力
汽车行驶中的牵引力与汽车所具有的发动机以及汽车发动机的功率具有着紧密的关系。在汽车行驶过程中，如果额定功率不變，则汽车的行驶速度与汽车的牵引力呈现反比关系，即汽车速度越小，牵引力也就越大，因此，在汽车启动阶段，由于汽车行驶速度较小，所以汽车所受到的牵引力大于汽车所受到的阻力。当汽车匀速行驶时，汽车所受到的牵引力与所受到的阻力持平。当汽车上坡时，则汽车所受到的阻力较大，为了增大汽车的牵引力以实现汽车的向前运动，则需要减速慢行，利用低挡上坡。
（二） 汽车行驶中的的内能
汽车行驶需要能源，而这种能源主要是指汽油或者电能。在汽车行驶过程中，汽油与电能可以转换为机械能，而机械能则可以转化为机动车行驶的内能。以燃油汽车为例，汽油燃烧越充分，能源则具有更高的利用率。而在紧急刹车过程中，许多机械能会向内能转化，这就降低了能源的充分利用，因此，在车辆行驶过程中，应当避免过多出现紧急刹车的情况，从而提高能源利用效率。
结语
汽车的出现是人类交通史上重要的革命，汽车是一种复杂的整体，其行驶过程也受到了诸多力学问题的影响，从当前来看，无论是汽车的整体结构还是动力驱动，都对科技的创新与应用作出了体现。综上所述，物理学是一项极具生活性的学科，在驾驶汽车的过程涉及的力学问题中，摩擦力与空气阻力是最为主要的内容。通过了解这些内容，对于汽车的安全驾驶以及汽车设计都具有着重要的现实意义。
参考文献：
[1] 解小琴，陈鹏.流体力学在汽车车身设计中的应用[J].四川职业技术学院学报，2015，（6）：165-167.
[2] 危银涛，马春生，冯希金.汽车工程中的若干力学问题[J].力学与实践，2012，（4）：1-7.
[3] 张楠.计算流体力学软件在汽车气动问题研究中的应用[J].重庆电子工程职业学院学报，2011，（2）：125-127.
[4] 巢凯年.汽车力学在安全驾驶中的应用（五篇）[C].四川省汽车工程学会、成都市汽车工程学会.2007年汽车学术年会论文集，2007.