橡胶轮胎上凹凸不平的花纹

常有初三的同学问我，橡胶轮胎上凹凸不平的花纹是为了增大与地面的摩擦，对吗？
　　答案是肯定的。但为什么？有同学试图用物理课本中——影响摩擦力大小的条件，有接触面的材料性质、粗糙程度和接触面上受到的压力来解释。这样解释也可以，轮胎表面上凹凸不平，与摩擦表面互相咬合，可以增大摩擦。笼统地说说，似乎在理，但是细想一下，北京的汽车，自行车主要行驰在水泥路面和沥青路面上，橡胶轮胎上的花纹真的能增大咬合和摩擦吗？我看未必。试着做一个实验，用橡皮在纸面上摩擦，擦涂字迹，是用橡皮的尖角、棱，还是用橡皮的某一个面擦的时候摩擦大？恐怕没有明显的区别，或许是用某一个面摩擦时摩擦力更大些呢？
　　同学们思路的逻辑是这样的，表面凹凸不平可以增大压强，增大压强必然增大摩擦！这个推理正确吗？凹凸不平减小了接确面积，增大了与路面的压强这是对的。可压强大未必摩擦力大呀！因为这时压强增大而减小了面积，压力最终是由压强与面积的乘积决定的，所以其实压力并没变，推论不合理。
　　要知道，我们所说的材料，粗糙程度和压力大小影响着滑动摩擦的大小，而轮胎与路面之间总的说是滚动摩擦代替滑动摩擦，具体地说，驱动轮与地面之间是静摩擦或最大静摩擦，从动轮或导向轮是滚动加滑动。
所以研究问题首先要分析现象，判断其性质，再根据相关的规律来剖析，推理。
　　应该指出，在城市马路的水泥路面或沥青路面上，花纹一般对摩擦力没有影响。但花纹是针对“不一般”的情况而产生效果的。比如，路面上刚下过雨，有一层水；刚下过霜；路面上有一层尘士或细沙，这时路面的性质条件改变了，不是橡胶与沥青，是增加了一层“润滑剂”——水、冰、或砂砾。在这种情况下，刹车时，橡胶轮花纹在地面上一蹭，就把水，砂等刮到花纹的槽里，甩到一边，保持了路面的清洁，保持了路面与车轮间的良好接触，使车轮与地面的摩擦不受影响，或者说，在这种条件下增大了车胎与地面的摩擦力，防止打滑。
　　轮胎花纹主要是对付乡间的砂石路面，草地，泥泞或上坡，这时，平光光的橡胶与地面之间的摩擦力大大减小，尤其是上坡时，简直是“没抓没挠”，从而就失去了推动力。花纹表面的凹凸不平减小了接触面，增大了压强，会深深地嵌在土地里，“抠”住地面，从而增大了摩擦力。另外使地面上的石块棱子卡在轮胎的花纹上，就如同我们上坡时揪住了树枝和野草，提高了越野能力。
　　花纹既然有这样的作用，就千万要防止被泥块塞住了花纹，所以载重汽车，越野汽车和拖拉机轮胎上的花纹都很粗大，并且花纹的形状和方向要使它既能抠住泥土又能随时把淤塞在花纹缝里的泥块甩掉。
还有一种情况，当高速行驶的汽车猛然刹车的时候巨大的摩擦力，会使橡胶表面熔化，从而使摩擦力大大地减小，在这样的时候，花纹也起不了作用。最好的方法是让车轮保持缓慢的旋转，这样就不会使某一个位置被强烈摩擦而熔化。飞机着陆时，轮胎高速摩擦地面，摩擦产生的高温会使橡胶熔化甚至冒起一股浓烟，这时，让轮胎稍微转动，不断地转换触地的位置就能保持摩擦力而又不致把轮胎损坏。
　　轮胎的花纹诞生于1892年前后。开始时，轮胎花纹很简单，仅是些直线的楞花。百年来，随着路面情况，车速、载重等各方面条件的变化，轮胎的花纹不断地改进得更复杂多样起来。
　　现在轮胎的形式很多，人们习惯将它们分为通用、高越野性和联合式花纹3大类。而它们的几何形状大体有纵向直线、横向直线、斜线、块形和混合式等5种。通用花纹也叫公路花纹，是使用最早而又最普遍的一种。比如，公路汽车轮胎上常见的纵向直线型和锯齿型花纹，它们可以消除噪音，所以也称无声花纹。专供车辆在荒野及松软土地上行驶的高速越野花纹，块大，都带有宽而深的啃泥花纹沟，行驶时不易夹石、藏土和打花。它们特别适合用于电引力和对地面抓着力要求高的拖拉机、牵引车。联合式花纹的轮胎，它们既能在硬性路面和石子砂砾路面上行驶，亦可行驶于松散、泥泞和冰雪路面。
　　在我国的东北地区、内蒙、黑龙江和吉林，冬天冰天雪地，车辆行驶容易打滑，不管车轮上有什么样的花纹也不解决问题。因为遍地冰雪，遇坡上不去，要停车刹不住，简直是寸步难行。唯一的方法就是用铁链制成网状，套在车轮上。行驶时，铁链触地时压强大，就会被压进路面的冰雪里，深深地刻进去，摩擦力大增，起动和停车都方便了。不过噪音大作，对路面的损伤也不小