20．关于牵引力（二）

题目

汽车在水平路面上启动时的牵引力是驱动轮受到地面给予的静摩擦力吗？为什么？

原解答

不是。汽车从静止开始启动，要产生加速度，需要有外力作用，力的方向沿开始前进的方向。汽车在水平路面上，竖直方向受到的重力和支持力都不可能是它的牵引力，它受到的沿水平方向并且指向前进方向的外力，只有地面阻碍驱动轮在地面上滑动的静摩擦力，它的大小等于汽车产生的加速度 a 与汽车质量 m 的乘积。驱动轮受到的地面给予的静摩擦力的方向和大小都满足这个条件，但静摩擦力作用在车轮与地面的接触处，它不做功，因此汽车在水平路面上启动时的牵引力不是驱动轮受到地面的静摩擦力。只能说牵引力的大小与驱动轮受到的地面的静摩擦力相等。

商榷和建议

原解答中的结论“不是”是正确的。但理由说得不准确，关键在于没有理解什么是牵引力。

上一个习题中讨论了所谓的“牵引力”。说汽车受到牵引力，那是谁牵引汽车呢？只能是汽车自己“牵引”自己，这不符合“牵引”的本意。在上个习题的讨论中，建议把“牵引力”改成“驱动力”，而“驱动力”指的是内部发动机工作后提供的动力，从功能上说它包括两个部分：一是克服汽车加速过程中受到的阻力；二是使汽车产生加速度。

按照本题的解答，所诣“汽车的牵引力”就是使汽车产生加速度的力。对比上一个习题里的问题，这两个“牵引力”的含义不同。到底“汽车的牵引力”指的是什么意思？看来，有必要摒弃“牵引力”这个名词。

要明白汽车是如何从静止启动的，首先不能再把汽车看成质点，而必须看成一个系统——质点组。关于质点组，有一个重要的规律，即质心运动定理，它是从质点的牛顿运动定律推导得出的，它说的是一个系统受到的内力对质心的运动状态改变没有影响，质心产生的加速度由所受的外力的合力决定，用公式表示 F_合外力 = ma_C，其中 m 是质点组的总质量，a_C 是质心的加速度。

汽车发动机开始工作，把其他形式的能量转化为机械能。例如，传统燃油汽车的发动机是汽油机（内燃机），把燃料燃烧产生的内能转化为活塞往复运动的动能，又通过一系列的传动部件，传递到驱动轮的转轴上，转轴带动驱动轮转动。这些都是汽车内部部件的相对运动，它们之间的相互作用力也都属于内力，而内力对质心的运动状态的改变没有影响。这点好理解，如果把汽车的底盘垫高，使驱动轮悬空，发动机工作时使驱动轮转动，只看到车轮空转，车不可能启动。只有当驱动轮与地面接触，地面与车轮的静摩擦力足够大，且车轮与地面不发生相对滑动时，汽车才可能启动。把垫在汽车底盘下面的物品搬走，使驱动轮与地面接触，这时发动机工作，车轮与地面的接触处受到地面给予的静摩擦力，它阻止了车轮在地面上滑动，由于发动机工作产生对车轮的扭矩，使得车轮以它与地画的接触点为转动轴（瞬时转动轴）转动，整个汽车（包括车轴）作为一个整体就可以向前加速运动了。

不难看出，汽车启动过程的动力，是由内部机件与外部物体（地面）相互作用而产生的。这个动力称为牵引力显然不合适，称为“驱动力”相对好得多，但汽车启动时的“驱动力”一方面要克服各种阻力，另一方面还要使汽车整体产生加速度，即汽车这个质点组的质心加速度。驱动轮受到地面给予的静摩擦力只是与产生质心加速度的合外力的大小相等、方向相同，但不能说驱动轮受到的地面的静摩擦力就是“驱动力”，因为它只是“驱动力”中的一部分，而“驱动力”中的另一部分则用来克服阻力做功。

在上一个习题中，已经说明所谓“汽车的牵引力”的说法不恰当，建议改为“驱动力”。在明白了“驱动力”的含义与“牵引力”的不同之后，还应该清楚车轮与地面间的静摩擦力所起的作用，说静摩擦力就是汽车启动时的牵引力是不正确的，因为静摩擦力不做功，而“牵引力”或“驱动力”是要做功的。

汽车启动过程中的静摩擦力所起的作用，与拔河过程中手掌与握绳处的静摩擦力的作用相同。没有静摩擦力的存在是绝对不可以的，但静摩擦力只是两物体局部的相互作用。拔河过程中人拉绳时做功的是弹力，汽车启动时静摩擦力也只是汽车与地面这两个物体的局部的相互作用，汽车启动过程中地面的静摩擦力阻止了车轮的滑动，车轮发生了扭转形变，产生的弹力作用于车轴，连带着整个汽车产生加速度。归根结底，做功的是汽车发动机工作中产生的内力，它一方面克服各种阻力做功，另一方面增加汽车的动能，使汽车由静止开始运动起来。

发布时间：2026/8/24 10:03:53  阅读次数：39