臨近雙十一，
小編還尋思著不知道買點啥的時候，
室友忽然告訴我ta！買！車！了！
？
忽然間腦海裏就閃現過秋名山車神的種種名場面——
《頭文字D》 來源：知乎@飛隅
開始盤算哪天一起出去自駕——
然後把自己積攢多年的【老司機都懂的x件事】告訴室友——
這時候，
室友亮出了自己的新車——
啊這，
原來是雙十一搬運快遞的手推車啊餵~
但是【老司機都懂的x件事】已經“話到嘴邊不得不說”，
不論是秋名山車神還是購物車車神，
你，值得擁有——
01
每一輛成功的車身後，
都有默默轉動的輪子
1904年，一輛傳奇汽車“福特999”創下了91.37英裏 (大約每小時147公裏) 這一陸上速度紀錄後，固特異公司特地給福特寫信提到：“世界第一的賽車上，不要忘記車上的輪胎是固特異制作的。”
福特999賽車模型 來源：搜狐汽車
輪胎和汽車既是一個整體，也是相互成就的不同部分，一輛車能否滿足人們的交通需求，輪胎是那個“幕後英雄”。其實無論是購物車、自行車、行李箱，還是賽車、汽車，這些工具省力的原因都是因為——有輪子。那麼問題來了：
為什麼用輪子運東西，比把同樣的負重放在地上拖走更省力呢？旋轉的輪子又是如何帶動車身前進的呢？
我們先來回顧一個基本原理：運動的疊加。
如果A相對於B以v的速度在運動，B相對於C以速度v在運動，那麼A相對於C的運動速度就是v+v。
落實到輪子的問題上也一樣：半徑r的輪子在轉，如果它的角速度是 ω，那麼距離軸 r 的一點相對於軸就有了一個大小是 ωr 的線速度。另外，整個車在向前走，軸自然要跟著車有一個相同的速度 v。於是輪子外沿上任何一點相對於地面的速度就是 ωr + v。
我們格外關心的是輪子和地面直接接觸的地方，因為只有和地面接觸，才會和地面有相互作用。如果不考慮形變的話，那就是一個點，所有的摩擦力都集中到了這一點上。
理想條件下，輪子都在進行“無滑滾動”——也就是說，輪子和地面接觸那一點，相對於地面是靜止的，有ωr + v = 0。如果輪子的角速度 ω 和車速 v 不變，那麼輪子與地面相互接觸的兩點也沒有相對運動的趨勢，所以，基本的力學告訴我們，輪子和地面沒有摩擦。
02
每一個轉動的輪子身後，
還有一大堆阻力
既然車輪與地面沒有摩擦，是不是意味著就沒有阻力了呢？
並不。阻力的來源有很多，首先輪子與車之間依靠【軸】進行連接。軸是不能跟著輪子轉的，不然坐車的時候車就會跟著輪子一起轉（
因此軸和輪子相接觸的地方，就必然要有相對運動，必然要有摩擦。但是這個摩擦相比於把負重直接放在地上拖走，還是要小很多。我們可以來算一算：假定你要把負重 m 水平勻速拉走 2πr 的距離，用蠻力拖走,你需要的功是 2πµmgr，此處 m 是負重的質量，µ 是與地面的摩擦系數。如果用半徑為 r 的輪子來辦這件事，我們只需要讓輪子轉一圈。如果軸的半徑是r，軸和輪的摩擦系數是µ，輪和軸之間的壓力應該還是 mg，這樣你需要的功就是2πµ0mgr0，換句話說，用輪子需要的功，是直接蠻力拉走同樣距離的功的µr/(µr)倍。
為了讓µ盡可能的小，有了【軸承】。
軸承 來源：百家號
我們也希望軸的半徑r盡可能地小，但是，你的軸是要承擔負重的，所以沒法做太細。然後，你還可以把輪子的半徑做大一點，但輪子半徑並不是越大越好。
另一方面，輪子放在地上，地面總是要【變形】的，輪子會給地面壓出個坑來，所以輪子實際上是相當於在坑裏爬坡。
地面有微小變形，其實輪胎與地面不止一個接觸點
當然這樣也會帶來一定的阻力，所以要把路面修的很堅硬，以減少這種形變。力的作用是相互的，輪子自身也會有變形，因而帶來阻力。所以輪胎一定要把氣打足，就像火車那樣，鐵輪和鐵軌硬碰硬。這也是為什麼自行車只有2個輪子，而那些運輸重物的大貨車會有6個甚至8個輪子——多裝幾個輪子以減少對地面的壓強，可以降低輪子與地面的兩種變形。（坦克表示：要不直接安裝履帶吧
03
轉彎不減速，
就能實現漂移嗎？
作為車神的基本技能，那些急轉彎的路面上，怎能缺少“漂移過彎”的長長胎印呢？
來源：百度
來源：好看視頻
想知道漂移是怎麼實現的？別急，在了解漂移過彎的原理之前，讓我們先看看日常的剎車和轉向。
首先考慮簡化版的剎車。一輛車在上文的理想條件下開的好好的，突然剎車，輪子一下子被“定住”，不能再轉了，這時候輪子的轉速 ω=0 而車身前進的速度 v≠0，因此ωr+v≠0。於是與地面接觸的那一點就有了滑動摩擦力 µF（此處F為車對地面的壓力），它的方向和運動方向相反的，大小則約等於你把車的放在地上直接拖走。這自然是件非常暴力的事情，因此有時候你在地面上可以看到非常深刻的胎印。
對於轉向，我們也討論一個簡單模型。假定理想條件下行駛的車，你突然把它的輪子轉過一定角度，而原來的車速還保留，這樣 ωr 和 v 就不再共線了，因此 ωr + v 就不會得零了，於是輪胎和地面接觸點又有了摩擦力。
而我們知道，摩擦力的存在就是減小相對運動（或趨勢）的，所以它會讓車身速度v偏向與輪子的取向相一致。因此，你把前輪往左轉，前輪就會受到地面向左的摩擦，一方面有了向左的加速度，把速度矢量拉了過去；另一方面有了向左轉的力矩，讓車的“朝向”向左旋轉，於是整個車就向左轉過去了。
當然，實際的轉向不可能是把輪子直接掰過去，總要有個過程。你要給輪子一個向左偏的趨勢，這個向左偏的趨勢讓輪子和地面間產生一個靜摩擦，如果轉彎不是太猛，那麼這個靜摩擦其實也就夠用了，所以轉向一般不會像剎車那麼暴力。但若是速度太高，轉向過猛，有時候靜摩擦都不夠用了，於是輪胎出現了側滑。而賽車手的經典漂移技巧，又稱“甩尾”，就是通過後輪對質心的旋轉力矩小於前輪，後輪的靜摩擦轉換為滑動摩擦，以達到“車尾外滑”，來實現的。它可以通過多種方法來實現，但是屬於危險操作，在這裏小編就不細講了（
在日常通勤時，如果靜摩擦不夠轉彎，你的輪子，車頭的指向，還有車身速度矢量，三者完全不在一起，難以操控，是非常危險的，對輪胎也不友好。所以切記切記，轉向一定要減速！道路千萬條，安全第一條！
圖源網絡
04
加速不夠猛？
可別光責怪發動機
在小編還年輕的時候，某賽車遊戲提供了各種炫酷華麗的胎印（漂移過彎時會在路面上展現），曾誤導小編以為車輪上印各種復雜花紋是為了好看的胎印。
然而，上一節提到“剎車”時，曾粗略的估計過剎車力大小約為動摩擦力µF。所以輪胎的花紋，是為了增大這裏的µ，以便更快地減速。同理，如果想要加速，也需要借助摩擦。
此時輪子受到的力，首先有地面的摩擦力 f（可以是靜摩擦或動摩擦，但不會大於 µN）。除此以外，有可能受到某個驅動力矩 K 讓它旋轉。假設輪胎的轉動慣量為l，不考慮輪和軸摩擦。於是得到輪子旋轉的方程：
另一方面，考慮整臺車的運動。車在地面上要加速，有可能是受到了某種推動力 F，比如手推車，除此以外就只有地面摩擦 f 了，有：
摩擦力的存在，當然是要使得輪胎與地面接觸的點，盡可能地相對靜止，也就是說，它會試著保持 ωr - v = 0（此處wr和v均取標量），或者說 ，於是把第一個方程乘上 rm 並和第二個方程乘上 I 相加：
因此
在這種情況下，輪子與地面的接觸點，始終相對於地面靜止。但是，由於輪子的速度和旋轉速度都要改變，輪子的著地點就可能會有和地面相對運動的趨勢，為了消掉這種趨勢，產生了一點摩擦力。對應於汽車啟動，F = 0，這點摩擦力就是車的動力，讓車身速度能夠跟得上輪子的轉速。所以給輪子的力矩越大，輪子的角加速度越大，相應的摩擦力也就越大，汽車的加速度也就越大。
可是摩擦力是有限度的。如果力矩太大，摩擦力就不足以消除相對運動的趨勢，於是趨勢就真的變成了相對運動——輪子轉的飛快，但是車幾乎不動，比如說在冰面上……切記不能猛踩剎車，這樣反而會讓車子更加難以控制；正確做法是，緩慢平穩的一踏一放制動踏板，並且觀察留意前後方的車輛。慢慢糾正方向盤，回正後，輕點油門，讓輪胎慢慢恢復附著力，然後再慢慢點油門啟動。
輪胎打滑空轉 來源：百度
你總是說，發動機你再超載一下吧。可是，發動機已經很累了，它不想再超載了，而且它知道你加速度不夠是因為輪胎摩擦力太小，和它沒關系（
寫在最後
呼~
終於把【老司機都懂的x件事】傳授給了室友
再看了一眼手推車
它似乎還不太明白
自己為什麼要承受這麼多期待
咳咳
不過話又說回來
畢竟雙十一就快要付尾款了
疫情期間的快遞與外賣小哥
的確承受了更高的期待
希望老司機們路上都穩~穩~噠~
di
參考文獻
《理論力學（第8版）》高等教育出版社
一些概念及術語參考了維基百科
幸虧還有人一次又一次重新發明輪子_百科TA說 (baidu.com)
漂移（賽車術語）_百度百科 (baidu.com)
輪胎打滑空轉怎麼辦-百度經驗 (baidu.com)
封圖來源：知乎@明月淬火
編輯：蕉