Question

关于摩擦力，如果F=uN，那么说明摩擦力和接触面积没有关系，那么汽车轮胎为什么要加宽呢？

既然摩擦力和接触面积没有关系，那么骑自行车的时候，车胎瘪了会比车胎打饱气时要重？
补充一下，我主要的是想探究下摩擦力和面积的关系，理论和实际应用的情况，用轮胎说明只是举例，请大家不要过分的追究汽车轮胎的问题。

这个问题我想应该是出在了F=uN上了，初中物理的公式的确是正确的，我想，该公式应用的前提条件我们可能都忽略了。继续关注！

继续追加悬赏

Answer 1

这里面有几个误区，帮你澄清一下；同时解答一下你的疑问。

1. F=uN？
实际上，这个公式只是表征摩擦力的其中一种形式。F=uN，这个公式的应用前提是“库伦摩擦定律”，这个定律是关于摩擦的最简单的描述形式。

中学时期不可能讲授太复杂的知识（就好比小学一年级的学生只能理解几加几等于几，不可能理解什么叫正弦余弦什么叫函数）。上大学后，如果你读的是机械专业，你可以通过查阅和学习专业文献，对摩擦产生新的理解。如果你大学毕业后继续读研究生，并且选择了摩擦学这个研究方向，那你就会学到更多的摩擦公式。

那么，这个最简单的公式，F=uN，有什么问题么？
是的，有问题。实际上摩擦力可能与压强有关，可能与运动速度有关，可能与温度有关。只不过，通常我们不去关心这些复杂的影响因素。

既然有问题，那么这个公式错了么？
也不能这么说。对实际生活中的复杂问题进行简化，不仅是科学，更是艺术，这也是数理化的精髓之一。F=uN抛开了复杂的因素，抓住了最根本的因素，将问题变得简单。而那些复杂的问题，留给研究生、博士、教授和科学家们去研究吧。

2.缺气的轮胎行驶阻力很大，是因为摩擦力增加了？

这个认识其实是错误的。从专业的角度看，摩擦力只是导致轮胎行驶阻力的一个非常次要的因素。

简单地说，轮胎的行驶阻力主要是因为轮胎橡胶的变形导致的，而不是接地面上的摩擦力。
复杂地说，轮胎因承受车辆的重量而变形，并使轮胎局部的材料（特别是橡胶材料）产生弯曲、压缩和剪切变形；轮胎每滚动一圈，这种变形就交替一次。由于橡胶具有粘性，这些变形必定要消耗能量（参考粘弹性力学的相关知识），同时其中一部分能量将转换为热能，使胎温升高。这种能量损失过程才是轮胎滚动阻力的原理。

这就能够解释为什么车胎瘪了的时候，骑自行车的时候特别累——因为这时候气压小，充气轮胎刚性小，承受相同的负荷的时候，变形量会更大（你仔细观察一下，就能看出轮胎在接地区域的变形的差异），变形需要消耗的能量就越大，滚动阻力就越大。

3.轮胎与地面之间的压强有多大？

这个问题看上去简单，实际上非常复杂。

简单地说，轮胎与地面之间的压强主要取决于轮胎的充气压力。充气压力越大，接地面积则越小，轮胎与地面之间的压强越大。
复杂地说，轮胎与地面之间压强不仅取决于充气压力，还取决轮胎本身的大小、形状和内部结构；并且，这个压强的分布是不均匀的（在接地面内，各个点的压强都不相同），分布的特征同样取决于很多因素。

4.轮胎变宽了，接地面积会增加？或者，轮胎变宽了，压强会减小？
（车子重量不变的前提下，压强与接触面积成反比，所以这两个问题是完全等价的）

答案是，不一定。

如果气压不变，根据上面的解释，压强主要取决于轮胎的充气压力。这样导致的结果是，宽轮胎接地确实变宽了，但纵向上却会变短。因此即使轮胎宽度增加了一倍，整个接地区的面积（包络面积）也不会有太大变化，通常不会超过20%，甚至有时候还会减小。

然而，前面也说到了，“轮胎与地面之间的压强不仅取决于充气压力，还取决轮胎本身的大小、形状和内部结构；并且，这个压强的分布是不均匀的”。作为一名轮胎研发人员，我们在开发新轮胎的时候会通过努力，尽可能地增大接地面积（哪怕只有5%或者10%），同时使压强的分布尽可能均匀。

增大接地面积的目的是什么呢？
让轮胎更耐磨；提高行驶稳定性；提高抓地力。每一条解释起来都很复杂，限于篇幅，不再详细解释了。

5.汽车轮胎为什么要加宽呢？

不同的车子，专注的性能不同。宽的轮胎并非什么都好，加宽的目的通常是为了追求操控性能。通常宽轮胎的驱动力更大（提速更快），制动力更大（刹车更快），操控的精准性和稳定性也更好（例如在高速转弯等情况下不会翻车，并且能够精准转弯）；但舒适性能较差。这就是为什么跑车和赛车通常都是又扁又宽的轮胎，但很多豪华轿车却没有这样做。

6.同款的车型质量都是一样，为什么轮胎尺寸不一样？

同品牌同系列同版本的车子，在出厂的时候轮胎规格通常是一样的。但由于车厂通常会选择两家或三家轮胎供货商，不同厂家生产的轮胎，尽管规格是一样的，但具体尺寸会略有不同（不会相差太多）。原因也是不同厂家的设计理念有所不同。

有的车子前轮和后轮的规格不同，也同样是出于不同性能的考虑——比如，前轮要复杂转弯，后轮要负责驱动；前轮负载大，后轮负载小，等等。

另外，当车子本身改版或者升级的时候，轮胎规格可能也会改变。
最后就是开车的人自己对轮胎进行了改装或者升级。

7. 其他说明

如果你已经坚持看到了这里，说明你的求知欲望很强。
我是一名专业的轮胎研发人员，所以需要对这个问题理解的非常透彻，但你没有必要了解这么多。如果还有兴趣把这些问题弄的更加明白，可以考虑去买些专业书籍来学习，比如《摩擦学》、《汽车轮胎学》，等等。

追问

解释的非常详细，从中也受到了启发，另外还有问题想问，我们从宏观的角度考虑了摩擦力和面积没有直接的关系，这点上，大家都没有反对意见，只是在做设计的时候，通常都是增大接触面积从而提高反作用力。例如汽车的刹车盘，通常碟刹大的要比小的作用要好，而且，经过一段时间的磨合后，作用会更好，如果我们不从接触面积上边触发去理解的话，那么这个问题又变成了什么一个问题呢？是否是因为u发生变化了呢还是有其他原因？

追答

u会发生变化。
u与压强有关，这一条已经被无数科研人员验证了。对于你的问题，接触面积变了，压强也会跟着变的。如果作用力的合力不变，那么增大接触面积实际上就是减小压强。
另外有些机构，比如某些气动机构，作用力的合力也会增加。
对刹车盘我不太了解，但轮胎与路面之间的接触就是这样的，接触面积越大（实际上就是压强越小），附着系数越大。
上大学后不能再用中学时代惯用的思维方式了。对这些专业问题进行研究的时候，更不能只是“从宏观的角度考虑”。关于摩擦系数，除了库伦摩擦，还有很多已经应用的很成熟了的公式。为什么不去查阅一些相关的文献呢？你如果是在校的学生，去图书馆翻翻《摩擦学》就知道了。

Answer 2

可不可以这样理解， 在汽车质量不变的情况下，轮胎接触面积和压强不同实际上这个综合阻力系数是不同的，也不是简单的线性关系（便于宏观理解）。举个例子：两个质量相同的金属球体（与地面接触面很小，窄轮胎）和圆柱体（可以想的很长，宽轮胎）在同样的初速度下（动能相同），在一个烂泥地上滚动，明显球体滚的更远些，这是我们的常识，也就是说相同的滚动距离下，球体能量损耗更小点，行驶相同的距离他就额外少耗油， 也就是说更省油。
这个例子反过来看就更接近实际，如汽车在水泥地上行驶，水泥不易变形可比作金属球，橡胶轮胎易变形看作烂泥地，力关系是相似的。
初级水平，希望对你有帮助！

Answer 3

车胎加宽，应该只是为了减少压强，防止轮胎被压爆。与减少摩擦力无关。
骑自行车的时候，车胎瘪了会比车胎打饱气时要重是因为车胎打足气后，轮子是比较完整的圆，其摩擦力是滚动摩擦。没打足气，车胎瘪了，就不是完整的圆，就难以滚动而变成了滑动了，这样就是动摩擦力。学物理中知道，滚动摩擦比滑动摩擦要小。
我看了你的补充，我也说了，摩擦力和接触面积无关。你举的两个例子都不是摩擦力和面积相关的例子。我都指出了这两例子中一个增大面积是为了降低压强，降低压强的目的不是为了减少摩擦力，只是为了不爆胎，不压坏路面。另一个是为了成为完整的圆，使轮子容易滚动。
你不要我们谈汽车轮胎，那还有什么是你认为加大面积来所谓减小摩擦力的？本来就没这回事嘛。这只能你提出一项，我们来反驳一项了。

追问

我只是很想了解摩擦力和接触面积的关系，所以拿了以上2个时间做举例，不太想过分的纠结举例中的详细情况。既然你回答了，那我也说下吧
如果说车胎加宽只是为了防止被压爆，那么同款的车型质量都是一样，为什么轮胎尺寸不一样？
骑车自行的时候，车胎瘪了，但是轮胎轴距离轮胎和地的接触面位置的半径是一样大的，所以，接触面处形成的轨迹还是完整的圆，跟有没有气没关系吧。

追答

不对，自行车胎瘪的时候，和地面接触的部分就会塌陷成比较平的地方。这点你能看到。接触部分越平，就越难滚动。你不要认为自行车胎是不变形的。
至于汽车，我不太懂。以前看资料，说车胎加宽，只是为了减小压强以防止爆胎和压坏路面。至于你说的同款的车型质量都是一样，为什么轮胎尺寸不一样？说不定也和部分厂商为了省钱而在安全限度之内，选择较窄的轮胎。或者部分厂商为了使顾客安心，加大了安全余量。又或者不同品牌的轮胎（相同的汽车可以配不同的轮胎）能承受的压强不同，所以相同的车子装不同的轮胎，可能尺寸会不同。原因可以有很多，不一定是往摩擦力方面想。当然，这点你不用当做我的正式回答，这点是我随口说的，没有自行车那方面说得肯定。

追问

同意你说的，接触部分越平，滚动就越难，从而说明摩擦力越大。
但是这是否说明接触面积变大了呢？
我们知道，在机械行业内，有一项工作叫做“刮研”，为了就是增加接触面积，提高对抗外力作用，我认为，刮研的目的是增大了u，不知道这样理解是否正确。

追答

可以告诉你滚动越难，摩擦力越大的缘故。滚动其实本质上是种静摩擦力。滚动点在滚动的时候，与接触面是没有平行于接触面的相对移动的。所以滚动本质上是种静摩擦力。没有滚动，那就是滑动。而滑动基本上=最大静摩擦力。所以滚动摩擦力<最大静摩擦力=滑动摩擦力。是这个原因。你不要以看到接触面大了，就认为u大了。要会真正的分析。
至于“刮研”。你看看百度百科上的解释吧。
刮研是利用刮刀、基准表面、测量工具和显示剂，以手工操作的方式，边研点边测量，边刮研加工，使工件达到工艺上规定的尺寸、几何形状、表面粗糙度和密合性等要求的一项精加工工序。由于使用的工具简单，通用性比较强，加工余量少，而达到的精度非常高，因此广泛地应用在机器和工具的制造及机械设备的修理工作中。通常机床的导轨、拖板，滑动轴承的轴瓦都是用刮研的方法作精加工而成的。
刮研分为
1、粗刮：若工件表面比较粗糙、加工痕迹较深或表面严重生锈、不平或扭曲、刮削余量在0.005mm以上时，应先粗刮。粗刮的特点是采用长刮刀，行程较长（10mm~15mm之间），刀痕较宽（10mm），刮刀痕迹顺向，成片不重复。机械加工的刀痕挂除后，即可研点，并按显出的高点刮削。当工件表面研点每25mm×25mm上为4~6点并留有细刮加工余量时，可开始细刮。
2、细刮：细刮就是将粗刮后的高点刮去，其特点是采用短刮法（刀痕宽约6mm，长5mm~10mm），研点分散快。细刮时要朝着一定方向刮，刮完一遍，刮第二遍时要成45度或60度方向交叉刮出网纹。当平均研点每25mm×25mm上为10~14点时，即可结束细刮。
3、精刮：在细刮的基础上进行精刮，采用小刮刀或带圆弧的精刮刀，刀痕宽约4mm，平均研点每25mm×25mm上应为20~25点，常用于检验工具、精密导轨和紧密工具接触面的刮削。
4、刮花：刮花的作用一是美观，二是有积存润滑油的功能。一般常见的花纹有：斜花纹、燕形花纹和鱼鳞花纹等。另外，还可通过观察原花纹的完整和消失的情况来判断平面工作后的磨损程度。
与你说的“增加接触面积，提高对抗外力作用”完全无关。这是种精加工，以达到一般加工难以达到的平整度而已。

Answer 4

汽车轮胎加宽只是为了抓地更稳定，与摩擦力无关。

追问

抓地是靠什么力来抓的？

Answer 5

摩擦力 F=μN ，适用于刚体状态，两个物体之间的摩擦力，等于正压力和摩擦系数乘积。
而实际当中，任何物体受力，都会变形（胡克定律），而因为受力变形产生接触面的阻力，是很复杂的，并且往往将这个（附加）阻力，“归纳”到摩擦力上了。
汽车轮胎与地面接触，车胎气压充足时，车胎宽、接触面积大，压强就小，车胎与接触的地面变形就小，附加阻力就小。
车胎瘪了，按说是接触面积更大、压强更小，附加阻力更小，骑车更省力才对。其实不然，得出与事实不符的结论的原因，是认识不够全面。车胎瘪了，车在运动时，车胎在连续、不断的反复变形（与地面接触的地方），而这个变形是消耗能量的，同样产生“另一种形式的附加阻力”的。

追问

基本上同意你说的，但是还是有问题，汽车轮胎换成宽轮胎后，按你说的附加阻力变小，应该省油了，但是不然，却是更费了。
我们知道，摩擦力和面积没有关系，但是做设计的时候，我们都是在考虑如何增大接触面积以抵抗更大的外力，我想是不是从另外的角度去考虑问题，仰或说分子力？

追答

汽车轮胎加宽后，究竟摩擦力如何，不一而足，环境不同、状态不同，摩擦力（阻力）不同。例如，城市道路，乡村土路，草原越野，等。以城市道路为例“分析”，车胎宽了，汽车转弯时阻力就增加了，如果（只能是假设）汽车一直是直线行驶，会省油的。
我是机械专业的，在机械中摩擦力或是阻力的计算，是很复杂的，主要是考虑“变形”等实际状况。不知道你所学专业，目前机械领域“研究”摩擦、阻力，没有涉及“分子力”。一般的，表面非常光滑、平整时，分子力作用明显。
供参考。

追问

好吧，我也是做精密机械设计的，谈到摩擦力和面积是否有关系的问题，实际上，我们在做带传动的时候，大家都考虑包角的问题，包角过小就会打滑，增大包角实际上就是增大了接触面积，那么摩擦力才能变大，所以实际上我们在应用的时候，产生了摩擦力和面积有关的事实。只是不知道怎么解释了。类似的问题在设计中很多，计算也成了很大的问题，所以大家一起探究下，力争能弄明白！感谢你的答复。

追答

带轮包角的变化，的确引起接触面积的变化，个人感觉，摩擦力的增大与这个面积变化“无关”，在带的拉力（张紧力）一定时，包角越大，带与轮的正压力越大，因而摩擦力越大、不易打滑。供参考，欢迎探讨。不客气。
不过，你的“追问”太多，百度会删帖的。呵呵。