从一条交通法规谈起

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我国的《道路交通管理条例》第八十条规定：机动车在高速公路上行驶，车速超过每小时100公里时，应当与同车道前车保持100米以上的距离，车速低于每小时100公里时，与同车道前车距离可以适当缩短，但最小距离不得少于50米。

可能很多同学学习了《物理必修一》后都会这样认为：根据牛顿第二定律F=ma，运动学公式v2-v20=2aS和滑动摩擦力公式f=umg，可以得到刹车距离S=v20/2ug，即汽车刹车距离与质量无关，仅与刹车时的速度v0以及车跟地面的摩擦系数u有关。

汽车刹车距离真的与质量无关吗？显然不是。因为很多事故的发生就是因为汽车超载引起的。那上面的分析错在那里呢？汽车的刹车距离究竟和什么因素有关呢？

汽车的刹车距离又叫制动距离，是指汽车在一定的初速度下，从驾驶员急踩制动踏板开始，到汽车完全停住所驶过的距离，包括反应距离和制动距离两个部分。

汽车在行驶中，当驾驶员发现紧急情况直至踩下制动踏板发生制动作用之前的这段时间称为反应时间，反应时间内车辆行驶的距离称为反应距离。此距离的长短，取决于行驶速度和反应时间，行驶速度越高或反应时间越长，反应距离就越长。反应时间又与驾驶员的灵敏程度、技术熟练状况有直接关系。通常的反应时间为0.75至1秒，假如车速为30公里/小时，反应时间为一秒，反应距离则为8.33米。酒精的作用可以使人的反应迟钝，所以酒驾是严令禁止的。

制动距离是指驾驶员踩下制动踏板产生制动力至汽车完全停止时，轮胎在路面上出现明显的拖印的距离。

那么制动力的来源就是滑动摩擦力吗？事实并非如此。首先，正常刹车时的摩擦力不是滑动摩擦力，而是滚动摩擦力。那滚动摩擦不是比滑动摩擦力更小吗？为了弄清楚这一问题，首先要对滚动摩擦有个正确的认识。当我们推动圆形的滚子，如果不再推它，滚子会慢慢停下来。根据刚体的质心轴转动定理，必定存在着与滚子角速度相反方向的力矩阻碍滚子的转动，这就是滚动摩擦力偶矩。也就是说，当一个物体在另一个物体上滚动时，物体所受到的对滚动的阻碍作用实际上是一种阻碍滚动的力偶矩，而不是力。既然滚动摩擦的大小是由滚动摩擦力偶矩决定的，所以不能说“滚动摩擦力比滑动摩擦力小”。因为并不存在一个“滚动摩擦力”，我们也不好把力矩跟力两者直接比较大小。一般我们所说的“滚动摩擦比滑动摩擦小”，指的是在其他条件相同的情况下，克服滚动摩擦力矩使物体运动需要的力比克服滑动摩擦力所需要的力小得多。事实上，滚动摩擦力偶矩也可以很大。如充了气的自行车骑起来很轻松，但扎了带的自行车即使推起来也很费力；在松软的路面上骑车也要比平坦的水泥路上费力。

正是因为滚动摩擦力偶矩也可以很大，所以在刹车时，通过液压助力使刹车钳向刹车盘移动，进而钳住刹车盘，刹车盘和轮毂连接在一起，轮毂和轮胎相连接，从而产生很大的刹车力矩，进而阻止车辆向前运动。所以汽车刹车时的制动力不仅靠与路面的摩擦，更多的是靠液压助力对车轮的钳制。在这种情况下，车轮滚动可以受到更大的阻力力矩作用，但是，如果车轮抱死，只有较小的滑动摩擦力作阻力。

（作者单位：河南省安阳市开发区高级中学）