車輪滾動,車輛隨之前進,許多人認為這是一件想當然耳的事,可是您能說出其道理來嗎?
動力機車之所以能夠前進或後退,必定有一種平移之外力施加予它,而它與外界的接觸,只
有鋼軌,別無他途(電車線雖有接觸,但顯然不會產生推力)。所以輪軌之間力的相互作用,
只有在輪與軌接觸處發生,並以此接觸點作為分界面,向上傳遞給車輛,向下施加予軌道。
其作用力圖在〈http://www.wretch.cc/blog/tseshin〉相簿照片中(圖名輪周牽引力)。
當車輪轉動後,輪緣所產生的力F'(C點向左之力)推不動軌道,而此力依然存在,軌道則對
車輪施加反作用力F,這F力就稱輪周牽引力 (tractive force at wheel rim),常稱牽引
力就是指此力,是與車行方向同向的外力,可推動車輛向前運動。
討論至此,讀者或許對車輪在軌道上滾動,為何能使車輛前進的原因仍不甚明白,現在讓我
們換另一種說法再作澄清。假如我們能做到像圖(c)的狀況,也就是說輪軌互動結果所產生
的縱向(沿鋼軌方向)牽引力F,能轉移到車輪軸O點上,此時輪軌接觸點C可視為輪子瞬時轉
動中心,這就是人們所熟知,也較為實用的構圖。那末如何將(a)圖轉換成(c)圖呢?請看
圖(b),只要在車輪中心O點,加上二個方向相反、大小相等、平行於軌道面的力,如圖中的
F''(O點向右之力)及F''' (O點向左之力),實際上F''=F'''=F(幅值)。從力學觀點看,加上
這兩個平衝的力,並不會影響原物體受力狀況,這樣一來,卻出現了一個由F與F'''所構成
的力偶矩(moment of couple),而這個反時鐘方向的力偶矩恰好與順時鐘方向的車輪轉矩
T(T=RxF)平衡,此瞬間可看作車輪暫時不再轉動,而是以C點作為瞬時滾動中心,結果僅剩O
點向右的力F'',實際上F"就等於輪周牽引力F,將車輪及車體拉動就靠此一平移力,這就是
車輪滾動能牽引車輛的原因。
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夫兵者不祥之器物或惡之故有道者不處君子居則貴左用兵則貴右兵者不祥之器非君子
之器不得已而用之恬淡為上勝而不美而美之者是樂殺人夫樂殺人者則不可得志於天下
矣吉事尚左凶事尚右偏將軍居左上將軍居右言以喪禮處之殺人之眾以哀悲泣之戰勝以
喪禮處之道常無名樸雖小天下莫能臣侯王若能守之萬物將自賓天地相合以降甘露民莫
之令而自均始制有名名亦既有夫亦將知止知止61-229-136-211.dynamic.hinet.net海