老司機（包括自行車司機）都知道要給輪胎打氣，這樣跑得快還省油省力，但是氣不能打太滿，胎壓太高了不僅車身的震動會變大（這個不是車震）、舒适性變差、車輪的抓地力不夠，容易爆胎出事。有人說胎壓相當于人的血壓，太高太低都不好，從安全和車胎壽命角度看，這樣說也對。

胎壓如血壓，過高過低都有害

學過高中物理的朋友都明白，滾動摩擦相當于靜摩擦，而老司機也知道胎壓越低滾動阻力就越大，那麼滾動摩擦力、靜摩擦力與滾動阻力三者之間到底是什麼關系？它們隻是名字不同嗎？本文為你詳細分析。

車輪在向前滾動的過程中是有阻力的，這意味着它不可能一直滾下去，你不加油門它總有一刻會停下來。滾動阻力是什麼？它是如何起作用的？我們先從翻箱子說起，這樣可以更直觀一些。

在翻滾正方體箱子時的受力情況

設箱子的重力為G；我們以箱子的一角O點為支點推動其翻滾，O點在翻滾的過程中與地面瞬時相對速度為0，因此我們稱O為瞬心；推動箱子的力為P。由此我們可以看出，箱子滾動的阻力是G·e。

當箱子處于穩态時，G·e的值最大，意味着滾動阻力最大；随着箱子的翻滾，力臂e越來越小，滾動阻力也越來越小；當箱子的重心越過瞬心O時，e為0，滾動阻力為0；之後我們不再需要對箱子施加推力，它就可以再次達到穩定狀态。

在此過程中，滾動摩擦力f是保持瞬心O位置的力，它與N和摩擦系數有關。

輪子不是方的，它是圓的。所以我們需要以圓形來分析車輪滾動過程的受力情況：

從方形、12邊形到圓的滾動受力情況

上圖中P為推進滾動的力，G為重力，N為重力G的反作用力，f是摩擦力，O是瞬心，e是N在P作用下從原始作用點O'向瞬心過渡的偏移量，h是P到瞬心O的力臂。（注意：h不是圓的半徑；瞬心是O而不是O'，在輪子滾動過程中，接觸點O是瞬時不動點，而O'是動點）。

由圖我們可以看出，輪子受到的滾動阻力與它的重力G以及偏移量e相關，滾動阻力就是G·e。輪子與路面的剛性越大，氣越足、車越輕，輪子就越圓，e的長度就越小，滾動阻力就越小。反之，在車重不變的情況下，如果胎壓不足，輪胎就會癟下去一點，或路面比較軟，O'與瞬心O的距離e就越大，滾動阻力G·e就越大。

火車輪軌之間接觸面積很小，它的滾動阻力也很小

抓地力就是滾動摩擦力，在輪子滾動的過程中，滾動摩擦力起到穩定瞬心的作用。隻有輪子與地面之間的摩擦力足夠大，輪子才不會打滑，否則它就不能前進。反過來，抓地力大也可以縮短制動距離。

當f=0時，滾動不會發生；如果車輪打滑，f是滑動摩擦力；隻有當摩擦力f足夠大，使得O能與地面保持瞬時相對靜止，車才會動起來。這個時候，滾動摩擦力f就是靜摩擦力。

F1賽車玩漂移，它的後輪處于滑動摩擦狀态

值得注意的是，靜摩擦力矩= 靜摩擦系數×正壓力。在滾動摩擦的情況下，車輪與路面的摩擦系數、車輛重量都不變，“抓地力”應該與車輪-地面的接觸面積無關。

難道老司機的經驗是錯誤的？

我們知道，滾動摩擦力矩 f=N·e

當車輪滾動時，f = 靜摩擦力矩 = 正壓力×靜摩擦系數

N等于正壓力，但e顯然不是靜摩擦系數，它們隻是等效關系。汽車的橡膠車輪不是剛性體，當它與地面接觸時，在壓力作用下，橡膠輪胎的表面會與地面粗糙表面發生咬合。當接觸面積變大時，咬合面就更多，它的最大靜摩擦系數也随之增大。因此，在正壓力不變的情況下，車輪與地面的接觸面積更大，它的抓地力就更強，更不容易打滑。

老司機沒有錯。

F1賽車使用寬大的光頭胎，為的就是加大抓地力

例外情況是，在冰雪路面行駛時，寬胎比窄胎的壓強小，所以更容易打滑。此時應該采用雪地胎或加裝防滑鍊以增大咬合面積，這樣可以增加靜摩擦系數。

從前面兩節的分析，我們可以初步得出結論：盡管數值有可能相同，但滾動摩擦力與滾動阻力不是同一個力，它們的物理概念也不相同。

滾動阻力是阻礙車輛前進的力，那麼滾動摩擦力是推動車輛前進的力嗎？

自行車有兩個大小相同的輪子，我們來分析它們的受力情況：

自行車運動時車輪受力情況

自行車前後兩個車輪的摩擦力方向相反，這是由其動力來源決定的。自行車通常以後輪驅動（後驅小轎車也一樣），後輪摩擦力f為主動摩擦力，前輪f為被動摩擦力。無論是主動摩擦力還是被動摩擦力，它們對瞬心O都沒有力矩作用，對于滾動的車輪來說，摩擦力f既不是阻力也沒有起到動力的作用，它僅僅是穩定瞬心O，使其不産生滑動位移。

真正推動車輛前進的，是作用于後車輪軸心的旋轉力偶，它體現為滾動力矩P·h，當P·h克服滾動阻力力矩G·e時，車輪才能向前滾動。

一、滾動摩擦力是滾動的條件。車輪在滾動的過程中，滾動摩擦力起着穩定瞬心的作用，它确保在滾動過程中始終有一個點與路面保持靜止。盡管它不能推動車輪向前，也不會拖着車輪向後，但隻有車輪不打滑，車子才有可能動起來。

壓路車

二、滾動摩擦力的大小取決于靜摩擦系數和車輪與地面的正壓力，由于橡膠輪胎是彈性體，增大觸地面積可以增加靜摩擦系數，因此稍低的胎壓可以增加抓地力。

三、滾動阻力與滾動摩擦力是不同的物理概念，滾動阻力不具備摩擦特性，輪胎瞬心與重心間的滾阻力臂長度決定了滾動阻力的大小，輪胎的胎壓不足會導緻滾動阻力變大。

四、當車輪轉動時，滾動阻力與摩擦阻力同時存在，老司機都希望在增加摩擦阻力的同時盡量減少滾動阻力，這樣開車才能安全、快速、省油。

寬胎可以在保持胎壓的前提下增加觸地面積，提升抓地力

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