剖析车轮与地面的摩擦力方向

自行车、拖拉机、汽车等交通工具在地面上行驶时，牵引力来自于哪里？这是同学们感到很头痛的一个问题。这些交通工具在路面上行驶时，并不需要在前面用一个东西来拉或在车后用一个东西来推（车子出故障时例外）。 那么，它们的牵引力到底来自于哪里呢？下面我们一起来做一个实验。

　　实验器材：一辆装有电池的电动玩具车，一些细河砂。

　　实验过程：①在水平桌面上用河砂铺一条长30cm、宽20cm、厚1mm左右的道路。②将电动玩具车的电源打开，这时车的后轮就转动起来了（沿顺时针方向）。③用手拿着玩具车，先让车的后轮与路面接触，这时同学们便可看到与后轮接触的路面上的砂粒会不断向后面飞溅（如上图1所示），不一会儿，砂粒就在轮子后面堆积了一个小山包，而轮子与路面的接触处却被刨下一个坑。④用手拿着小车，使其前轮与地面接触，用力向前推动小车（由于前轮本身不会转动），这时虽能看到前轮会转动，但发现与前轮接触处的砂粒被推向了前方，同样形成了比其它地方高的砂堆（如上图2的B处所示）。

　　现象分析：在图1中，由于与后轮接触处的砂粒往后运动，说明后轮的接触处是向后推动砂粒（路面）的。根据物体间力的作用是相互的，砂粒（路面）就向前推动轮子的接触处，故后轮受到地面的摩擦是向前的，这个摩擦力就是我们平常所说的车子的牵引力。在图2中，由于前轮将接触处的的砂粒往前推，说明前轮是向前推路面，所以，路面就一定是向后推前轮（即地面对前轮的摩擦力是向后的），因而前轮也就沿顺时针方向转动了。

　　可见，小车在地面上行驶时，前轮受的摩擦力是向后的（是阻力），而后轮受到地面的摩擦力是向前的（是动力），也就是车子的牵引力。

　　如果我们不开动玩具车的电源，而直接用手推动车子在砂面上运动，这时会看到前、后轮都将接触处的砂粒往前推（如图3所示），使得轮子前面的砂粒高于其它地方。这时，小车前、后轮受到地面的摩擦都是向后的。

　　由此可见，当车轮在没有外力（指发动机、电动机或其它动力带动）驱使它转动时，所受地面的摩擦都是向后的，都是阻力。比如人推着自行车行走、在路面上滑行的汽车，前、后轮受到地面的摩擦力都是向后的；当人骑着自行车向前行驶、或汽车启动正常行驶，前轮受的摩擦力都向后，后轮受到地面的摩擦力都向前，而拖拉机（6个轮子）在行驶时，只有中间的那两个大轮子受地面的摩擦才是向前的，其余4个轮子受的摩擦都是向后的。特别值得注意的是，有些汽车（赛车）现在是采用四轮驱动的，所以，在行驶中每个轮子所受地面的摩擦都是向前的，即都是动力。