滾動摩擦和滾動阻力

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介紹

滾動摩擦和滾動阻力指的是一種阻礙機械部件在表面滾動運動的力。例如，通常情況下，在粗糙的表面上拉動一個沉重的衣櫃非常困難，但是如果使用鐵輪，則拉動過程就會變得更容易。這是因為鐵輪不會在地板上滑動，而是在地板上滾動。車輪與地面的接觸點的速度保持為零，這就是為什麼鐵輪能夠在地面上平穩滾動的原因。

什麼是滾動摩擦？

滾動摩擦是阻礙和減慢車輪在彎曲或粗糙表面上運動的力。與滾動相比，在表面上滑動或滑動物體需要更多的時間和能量 (Acary & Bourrier, 2021)。滾動摩擦指的是一種較小的力，它解釋了為什麼在粗糙表面上拉動重物比較費力。

圖1：滾動摩擦的表現

常見的摩擦型別包括靜摩擦和滑動摩擦。靜摩擦是指物體相對於其他物體靜止時，表面之間作用的摩擦力型別，而滑動摩擦可以定義為兩個不同物體在滑動過程中產生的阻力 (Xie, Ma & Zhao, 2019)。靜摩擦的例子有檯燈放在桌子上，以及雙手摩擦生熱。滑動摩擦的例子有木塊在地板上滑動。

什麼是滾動阻力？

滾動阻力是指車輪保持平穩運動並保持速度一致所需的能量。它是滾動過程中發生的滾動運動的反作用力，當物體與表面接觸時開始發生 (Hanisch & Ziese, 2021)。為滾動物體提供阻力所需的能量是可恢復的。

滾動摩擦和滾動阻力的公式

圖2：滾動阻力

滾動摩擦的公式是 $\mathrm{F\:=\:μ_rN}$，其中F代表滾動摩擦，它取決於物體和表面的某些值。在這個公式中，μ_r表示物體在表面上滾動摩擦的係數，N表示物體上常見的法向反作用力 (Xie, Ma & Zhao, 2019)。表示物體滾動摩擦的因素包括表面的形狀和狀態、滾動的表面性質以及車輪的速度 (Liu, Liu & Mao, 2018)。除此之外，滾動摩擦還取決於車輪的半徑、物體的材料一致性以及表面。

滾動摩擦和滾動阻力的應用

滾動摩擦和滾動阻力的應用可以在汽車在道路上行駛時看到，汽車車輪與路面的摩擦產生阻力以阻止汽車 (Hanisch & Ziese, 2021)。除此之外，一輛汽車的較大車輪比另一輛汽車的車輪產生更大的阻力。

圖3：滾動摩擦和滾動阻力

在鐵路線路上，火車透過是一個滾動摩擦的極好例子，它導致產生很大的滾動阻力。“F = k * Ln”是表示滾動摩擦的最重要的公式，它表示負載與分數冪的乘積，分數冪是一個常數 (Liu, Liu & Mao, 2018)。在這個公式中，F代表滾動摩擦，它取決於K，K代表分數的常數冪與表示L的物體的總負載的乘積。

結論

滾動摩擦會對物體在地面上運動的速度和運動產生阻力。“滾動阻力”完全取決於以滾動運動狀態存在的物體的重量和“滾動阻力系數”。除此之外，物體的質量和重力加速度也被認為是提供表面物體阻力的滾動物體的核心組成部分。滾動物體的長度尺寸是另一個重要的滾動摩擦因素，它保持滾動摩擦的速率。

常見問題

Q1. 哪些因素會干擾車輛的滾動阻力？

A1. 車輪的直徑和壓力會干擾車輛的滾動阻力。除此之外，車輪的結構、寬度和胎面也對物體的滾動阻力有很大影響。

Q2. 哪些因素會影響滾動摩擦？

A2. 一些因素會極大地影響滾動摩擦的速率，例如汽車或車輪的速度和半徑。除此之外，車輪的形狀以及表面的性質或狀態對彎曲表面的速率有很大影響。

Q3. 哪些部件可以降低滾動摩擦的速率？

A3. 車輪的彈性直徑和表面的不規則性對車輪的滾動摩擦有很大影響。分子摩擦是另一個核心組成部分，它也會顯著影響滾動摩擦。

Q4. 滾動阻力是什麼？

A4. 滾動阻力是主要發生在圓形物體（如球、輪和圓柱體）在表面上滾動時產生的阻力。滾動阻力的主要原因是特定物體以及表面的變形，或者在這兩種情況下，都可以看到阻力。