“摩擦说”还是“内力说”？，本文主要内容关键词为：内力论文,摩擦论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在物理教学中，常遇到有关牵引力问题，如何正确理解汽车牵引力问题，一直困扰着广大师生。各种刊物时有文章阐述“汽车牵引力问题”，有对汽车牵引力概念作研究的，有关于牵引力做功与否争论的。笔者读了有的文章后很受启发，但也发现有的文章不能自圆其说。仔细看来，发现教材和各类刊物关于汽车牵引力的理解主要有以下两种说法：
说法一：牵引力是地面的摩擦力产生。例如人民教育出版社（2003出版）全日制普通高级中学教科书（必修）物理第一册第55页这样阐述：汽车的发动机驱动后轮转动，由于轮胎和地面之间有摩擦，车轮向后推地面，地面给车轮一个向前的反作用力，使汽车前进。汽车的牵引力就是这样产生的。如果把后轮架空，不让它与地面接触，这时让发动机驱动后轮转动，由于车轮不推地面，地面也不产生向前推车的力，汽车就不能前进。
这种说法的理由是：力是物体之间的相互作用，任何力都不能脱离施力物体和受力物体而独立存在，汽车是一个物体，总不至于只有一个受力物体就产生汽车牵引力，再加上没有地面摩擦力汽车就无法前进。
说法二：牵引汽车运动的真正动力来自发动机的动力柜，是属于内力而不是静摩擦力。例如《物理教师》2004年11期第13-15页《对汽车牵引力问题的探讨》一文这样阐述：牵引力是由汽车发动机通过传动系统作用于驱动轮的力矩产生的使汽车运动的力。既然这样，那么牵引力就不是驱动轮受到的静摩擦力。实际上，对无滑滚动的车轮来说，受到的静摩擦力不是主动产生的，只有在车轮对地面有相对运动的趋势时才会发生。那么牵引力做功就无疑了，牵引力做功的实质是力矩做功，是属于汽车内力做功。牵引力做功，将发动机的部分动能传给车轮，使车轮动能增大，牵引力做了多少功就有多少机械能传给车轮；与此同时，车轮要克服由于车胎的形变以及各种阻力做功转化为内能，使车轮动能减小，在牵引力等于阻力的情况下，车轮匀速转动，汽车动能不变，机械能不变。如果汽车在水平路面上加速运动，牵引力大于阻力的情况下，汽车的动能逐渐增大，这时，发动机内力做功将传动系统传来的有用机械能的一部分用来克服各种阻力做功转化为内能，一部分用来增加汽车的动能。
这种说法的理由主要是：汽车牵引力做功使汽车前进，汽车受到地面的静摩擦力位移为零，对汽车不做功，如果静摩擦力是牵引力的话，那岂不是牵引力做功为零，如果这样，汽车还能前进吗？
对于上面两种说法，笔者觉得都有点片面。汽车牵引力作用的目的是为了使汽车前进，要说清楚何为汽车牵引力，先要搞清楚汽车前进的意思，笔者认为应该这样理解：汽车前进一方面必须具有汽车运动的功能，另一方面必须具有向前运动的动量。动能是标量，汽车具有动能只说明汽车在运动，并具有运动的能量；动量是矢量，汽车具有动量说明汽车既在运动，又具有运动的方向。汽车要前进，这两者必须都具备，缺一不可。如果汽车只具有动能，而整体动量为零，则即使发动机内力做功，汽车轮子只是在原地打转；如果没有动能，汽车向前运动的动量也无从谈起。
辩证唯物主义认为：事物的发展是内因和外因共同起作用的结果。关于汽车前进问题也是如此，汽车前进的内因是：汽车发动机的内力对空间积累效应，使汽车获得了运动的动能；汽车前进的外因是：地面摩擦力对时间积累效应，使汽车获得了向前运动的动量。
基于此，笔者认为上面两种说法中的任何一种都无法说服另一种。如果只有发动机的内力做功，没有地面摩擦力的冲量，汽车的轮子只能在原地打转，因为内力的作用无法给汽车整体向前的动量；如果只有地面静摩擦力的冲量，没有发动机内力对汽车做功，那么汽车也只能在原地不动，因为静摩擦力的作用无法给汽车运动的动能。
总之，关于使汽车运动的牵引力，“内力说”说服不了“摩擦说”，“摩擦说”也说服不了“内力说”。笔者认为，汽车向前运动既包括动能又包括动量。对汽车牵引力，正确的理解应该是：如果牵引力作用使汽车获得动能，牵引力是由汽车发动机通过传动系统作用于驱动轮的力矩产生的使汽车运动的力；如果牵引力作用使汽车获得动量，那么牵引力是地面的摩擦力；如果牵引力作用使汽车向前运动，那么牵引力应该是发动机的内力和地面的摩擦力共同的作用。只承认任何一种说法都是片面的。不能用“物体间相互作用的某一个力”来代替牵引力，恰当的说法是：牵引力是对汽车的一种牵引作用。上述两种关系是汽车前进的内因和外因的关系，是辩证统一的关系，缺少了任何一者都不能使汽车前进。发动机对汽车的内力只有通过地面对汽车的摩擦力，才能使汽车前进；地面对汽车的摩擦力只有发动机的内力做功的前提下，才能驱动汽车前进。
最后，我举一个大家都非常熟悉的例子，再来简单说明这个问题。
一个放在光滑水平地面上的弹簧两端各连接一个小球，弹簧处于压缩状态，当弹簧的弹性势能释放出来时，整个系统并不会前进，而是原地踏步；当把这个系统放在一端靠墙的光滑水平地面上，再释放弹簧的弹性势能时，整个系统就能向前运动了，这个过程不仅是因为弹簧的弹力做功把弹性势能转化为系统的动能，更是因为墙壁弹力的冲量使系统获得了向前的动量。这难道不是一个汽车受牵引作用而前进的模型吗？