北京
点击下方音频，让耳朵“感受”力学
正文共有 1312 字
阅读时间约 4min
如果觉得眼睛太累
可以点击音频感受
当我们在大街上看见一辆有尾翼的汽车向我们驶来的时候，都会感觉好帅啊。当我们在电视上看汽车比赛的时候都会发现汽车后边几乎都有一个大尾翼。那么问题来了，这个尾翼的存在仅仅是为了外观好看吗？这里面有什么力学玄机？今天就让我们来一探究竟，揭开汽车尾翼的奥秘。
汽车尾翼示意图
汽车也会“起飞”：力学的作用
当我们驾驶汽车达到一个很高的速度时会发现，汽车感觉轻飘飘的。这是为什么呢？在高速行驶过程中气流会被分割为两部分，一部分从汽车底部穿过，另外一部分从车顶流过。这两部分气流的速度不同导致了压差使得汽车对地面的压力减小，这时汽车的安全性与可操控性大打折扣。其实这就是空气动力学里机翼的气动特性，这时候汽车主体就是一个机翼，如果速度可以一直增加，汽车飞起来也不是白日做梦。
机翼产生升力作用原理
汽车的“阻飞神器”：让汽车牢牢粘在地面
你以为汽车的尾翼就是随随便便的装上去的吗？当然不是！汽车的尾翼的安装需要详细的计算，这是为了给汽车下压力的同时不将汽车“掀翻”，由于汽车的尾翼安装在汽车的后面，如果给汽车的下压力太大对汽车的力矩也随着增加，这时候就会直接将汽车掀翻。那汽车的尾翼是如何提供的下压力呢。上文中提到过汽车就像是一个机翼，其实尾翼也是一个机翼，不过方向是反过来的。这时就变成了上端压力大下端压力小，于是就能为汽车提供强大的下压力。
汽车风洞实验
可调式尾翼（DRS），可控的下压力
随着时代的发展，尾翼的作用也逐渐的增加。在F1赛车中，DRS是汽车的一大“杀器”。F1汽车在高速行驶时，随着车速的增加，前后翼产生更多的阻力。在数学上，速度的平方决定了阻力，随着速度的增加，阻力呈指数增长。因此，直道上靠动力系统的最大驱动力所获得的速度大大降低。但是如果调整尾翼打开的角度，使气流可以穿过尾翼。这会极大的降低汽车的阻力，从而获得更高的速度。
F1赛车图片
会“跳舞”的尾翼，不止是下压力
尾翼难道只能给汽车提供下压力吗？当然不是。在顶级汽车上面安装的尾翼，它不止可以给汽车提供下压力，还有向心力。有一句网络名言“弯道快才是真的快，直线谁不会踩油门”。根据力学知识我们可以知道，在汽车转弯时速度越快需要的向心力就越大，在一般的汽车上向心力都是由汽车轮胎与地面接触所产生的摩擦力提供，当想要以更高的速度通过弯道时，轮胎与地面所产生摩擦力已经小于所需向心力，这时车辆就会出现转向不足。于是设计师就想到了一个好方法，他们让尾翼一边高一边低。这时候下压力根据三角形原理就会被分解为一个垂直于地面的力和平行于地面的力，而平行于地面的这个力就充当了向心力，使得汽车能够以更快的速度通过弯道。
丹麦超跑Zenvo TSR
除了下压力和向心力尾翼还可以提供别的力吗？答案是肯定的，众所周知汽车减速是靠轮胎和地面之间的摩擦力，摩擦力的方向于汽车运动方向相反。那尾翼可以提供与运动方向相反的力吗？显然是可以的，参照民航发动机减速时反推原理，当气流流向挡板时气流方向会被挡板改变，这时就会在挡板上产生一个与运动方向相反的压力。
飞机反推时发动机图片
这项技术已经在很多超跑上得以应用，其中较为成功的时迈凯伦p1以及布加迪威龙等车型。
参考文献
[1]王得蛟.汽车尾翼对汽车稳定性的影响[J].兰州工业学院学报,2024,31(02):53-56.
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/OHPcaTk-22hzW2kDSVplxA
[3] https://mp.weixin.qq.com/s/CnHypOWxx3KCG_xtwg-cvA
[4] https://mp.weixin.qq.com/s/LvWztsT8MsHMjDYUZL7LvQ
[5]https://mp.weixin.qq.com/s/kRYZu5wrGgtLSQypmFrieA
图片源自于网络和AI创作，仅供科普参考
力学科普
力学科普公众号是中国力学学会旗下的科普公众账号，发布相关的科普新闻及竞赛消息，推荐科技方面最新动态和科普相关信息，致力于让公众走进科学，了解力学，激发学习科学技术的兴趣。
如果你喜欢本文，欢迎转发分享，转载请注明出处。
合作及投稿事宜请联系：ljlrpina@cstam.org.cn
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
