Question

汽车行驶时摩擦力是动力还是阻力

Answer 1

汽车能行驶，靠的是轮胎与路面的摩擦力，而行驶过程中，路面摩擦又会对汽车产生阻力，这两点都是毋庸置疑的事实，但逻辑看起来却是互相矛盾的，具体到底是怎么回事呢？

又是一个很多年之前的事情，大概是高二，我问当时的物理老师：
“轮胎受到的摩擦力作为动力，跟运动方向相同，题目中为什么又说车辆受到摩擦阻力，那摩擦力到底是动力还是阻力。”
虽然我物理老师才华横溢，也不能清楚地解释：
“这个阻力是一种综合作用，比如车辆内部机械装置之间的摩擦力......”

经常看轮胎问题的老铁都知道，我是一个喜欢刨根问底的人，这种笼统的回答显然无法令人满意。所以这个问题就一直埋在我脑海里，高中经常失眠，就会想想这个问题，持续了一段时间没有任何结果，转眼高三来了，就不再想了。
今天看到这个问题，回想我这一路走过的历程：大一学材料科学，大三转车辆工程，毕业去搞轮胎，是否都与之有关呢？
就像乔布斯说的：“不可能从现在这个点上看到将来；只有回头看时，才会发现它们之间的关系。”
1、驱动轮受力分析
这么多年没做过受力分析了，感觉很陌生（从这儿开始的所有分析都不包括滚动阻力、重力、地面支反力）。

如上图，取轮胎作为分析对象。
虽然轮胎与地面接触在这张图上为一条线，这里可以简化为一个点O，并不影响问题分析的结果。M为车轴给轮胎的力矩，使得轮胎相对地面有向右运动的趋势，假设轮胎不打滑的情况下，地面则给与轮胎O点一个向左的力F=M/r。

接下来我们把F平移至轴心F1=F，根据力的平移定理，力在平移时需要一个附加力矩M1=Fxr=M。这样轮胎可以不受转矩的作用匀速转动，而车轴就受到了一个向左的力，车子就可以向左走了（不会一直加速的，因为有滚阻和空气阻力的存在，这里不讲是为了简化）。
再次备注：以上分析忽略了重力、地面支反力、滚动阻力。
2、从动轮的分析

从动轮的车轴不传递转矩给轮胎，而是给轮胎中心一个向前的力F。这时轮胎上O点有向左运动的趋势，地面给O点一个向右的力F1。这时F1不一定等于F。

将F1平移至轮胎中心，力平移需要附加力矩M1=F1 x R，轮胎就可以在车轴的牵引下向前滚动了。这些力和力矩都是不平衡的，在加速过程中，会有滚动阻力、空气阻力等与之平衡，达到平衡态。
小结
地面对轮胎的摩擦力确实阻碍了轮胎上O点向右的运动趋势，却推动了车
辆向左运动，最大程度避免能量耗损在摩擦上面。所以这就是为什么“轮”这个加点在人类技能树上这么重要。

原来是费力拖拽地上的重物，能量全都耗散在摩擦上面，现在则相当于重物漂浮在半空中，人类从此只需解决减小引入“轮”之后较小的滚阻问题，大大增加了能量的利用效率。
“也许除了轮子的发明,没有任何其他发明的影响可与文字的出现相提并论。”《文字的力量》