摩擦力（Friction）與汽車的驅動（Automobile Layout）

摩擦力（Friction）與汽車的驅動（Automobile Layout）
國立彰化高級中學物理科賴文哲老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

討論汽車運動時輪胎所受到摩擦力的方向，須要先確定此輪胎是否為驅動輪，以及是否正在作加速運動。1950年代以前的汽車絕大部分都採用後輪驅動（rear-wheel drive）方式，此後隨著前輪驅動（front-wheel drive）和四輪驅動（four-wheel drive）車的普及，後輪驅動車所佔的比重逐漸下降。目前，大部分的卡車，注重加速性的轎車或跑車仍採用後輪驅動方式，而大部分的轎車都採用前輪驅動方式，越野車則多採用四輪驅動方式。因大部分的汽車引擎置於汽車前段，採用前輪驅動可減少機械驅動過程，不但較為省油，且前輪之正向力較大，可提供較大的摩擦力。但一般的貨車仍採用後輪驅動，因為裝載貨物時後輪正向力較大，以後輪驅動可提供較大的摩擦力。

部分跑車在不增加車重與改變輪胎的狀況之下，使用擾流板增大正向力（後輪驅動），以增大最大靜摩擦力，提高加速性能。另外一種四輪驅動車更適宜于爬坡越野等在惡劣地形中行駛的要求，因此時前後輪的正向力都可轉為提供摩擦力來驅動車輛，遇到部分輪胎打滑時，可由其它輪胎提供驅動力，因此在泥濘或有雨雪的路面上，四輪驅動車也更易於掌握。

汽車加速時，驅動輪受到地面的摩擦力，帶動汽車向前加速。引擎不輸出動力或煞車時，四輪都受到向後的摩擦力而使汽車減速。其受力方向整理如下：

要了解爬坡時，前後輪驅動對汽車運動的影響，應先了解下面這個問題：
若兩人ㄧ前一後抬木箱子上樓梯，a圖中兩人負重相等；b圖中箱子的重心距乙施力的方向線較近，故乙負重較大。

爬坡時車身傾斜，如圖所示：

設車身長為 L，車身重心高度為 d，斜坡傾斜角為 θ，若以後輪為支點（後輪驅動，前輪無向前摩擦力），依力矩平衡：

故前輪的正向力小於後輪的正向力
正向力越大，所能產生的最大靜摩擦力越大，能給予車子爬坡所需之推力
故以後輪驅動車的爬坡坡度較大，而四輪驅動車爬坡能力最好（能爬坡的最大坡度最大）。