为什么滚动摩擦比滑动摩擦阻力小?

为什么滚动摩擦比滑动摩擦阻力小?

滚动摩擦是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.滚动摩擦实际上是一种阻碍滚动的力偶矩.如图5－10所示,当一个物体在平面上滚动时,物体除了受到重力G、弹力N外,在接触处还受到摩擦力f作用.重力G与弹力N组成一个力偶,其力偶矩M＝δN这个力偶矩的方向与物体转动的角速度ω相反,对转动起阻碍作用,这就是所谓的滚动摩擦力偶矩,它阻碍物体的滚动.摩擦力f对质心C产生的力矩f·R和转动角速度方向一致,它不阻碍物体的转动,而是推动物体滚动.滚动摩擦的产生是由于物体和平面接触处的形变引起的.物体受重力作用而压入支承面,同时本身也受压缩而变形,因而在向前滚动时,接触前方的支承面隆起,这使得支承面对物体的弹力N的作用点从最低点向前移,所以弹力N与重力G不在一条直线上,而形成了一个阻碍滚动的力偶矩,这就是滚动摩擦.滚动摩擦的大小用力偶矩来量度,且与正压力成正比,比例系数δ叫做滚动摩擦系数,它在数值上相当于弹力对于滚动物体质心的力臂,因此它具有长度的量纲；它跟滚动物体和支承面的材料、硬度及物体的半径等因素有关.既然滚动摩擦的大小是由滚动摩擦力偶矩决定的,所以对“滚动摩擦比滑动摩擦小”,我们不能理解为滚动摩擦力矩比滑动摩擦力小,因为力矩跟力是无法比较大小的,也不能说：“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”.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.