物理学知识在驾驶中的实际应用 - 5 牛顿力学三定律之牛三定律

用物理学定律和公式来解释感性的驾驶和节油操作。立志成为专业驾驶员或者驾驶员培训师的卡友，用定量的物理公式研究...

用物理学定律和公式来解释感性的驾驶和节油操作。立志成为专业驾驶员或者驾驶员培训师的卡友，用定量的物理公式研究驾驶操作，无论如何这一关是躲不过去的。这也是从事汽车设计和理论分析科班出身的童子功和必修课。否则，对驾驶操作的探讨始终停留在老司机感性的经验层面上，而物理知识的应用会给你一个强有力分析问题的工具和清晰的思路，去解释所有遇见和未遇见的驾驶操作，不管何种驾驶场景，都会找到创造性的解决方案，这才是驾驶培训师价值真正所在。

牛顿第三定律

十七世纪中叶，碰撞问题成为科学界共同关心的课题，对碰撞问题研究较早的有笛卡尔。1664年，牛顿受到笛卡尔的影响，也开始研究二个球形非弹性刚体的碰撞问题。1665—1666年间牛顿又研究了二个球形刚体的碰撞问题。他没有像其它科学家那样把注意力集中在动量和动量守恒方面，而是把注意力放在物体之间的相互作用上，对于两刚体的碰撞，他提出，“……一于是在它们向彼此运动的时间中（就是它们相碰的瞬间）它们的压力处于最大值，……它们的整个运动是被此一瞬间彼此之间的压力所阻止，……只要这两个物体都不互相屈服，它们之间将会持有同样猛烈的压力，……它们将会象以前弹回之前彼此趋近那样多的运动相互离开。”

上面这段话可看出，牛顿当时就已认识到在物体相互碰撞的瞬间，它们的运动被彼此之间的压力所改变。稍后，牛顿又认识到：“如果二物体p和r彼此相遇，因为p压r和r压p是一样大小，所以二者的阻力是相同的。”同时他还用图形明确表示p压r和r压p的力是在同一条直线上。

由此可见，牛顿在1665—1666年间就已经意识到了牛顿第三定律的全部内容，20年后将它作用牛顿运动三定律之一在《自然哲学的数学原理》一书中正式提出。

牛三定律是这么说的：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，表达式为 
。

这个定律也就是著名的作用力和反作用定律。

作用力和反作用力是相互的，互相依赖相为依存，均以对方存在为自已存在的前提，没有反作用力的作用力是不存在的；力具有物质性，不能脱离开物体（物质）而存在；力总是两个以上物体之间的相互作用产生的。

牛顿第三定律也具有瞬时性，即作用力和反作用力的同时性，它们是同时产生、同时消失、同时变化，作用力与反作用力的地位是对等的，称谁为作用力谁为反作用力是无关紧要的。

牛三定律在生活及驾驶中的体现

可以这么说整个宇宙宏观世界中，所有物质的存在都是受牛三定律的控制。朋友可以回忆一下牛一定律怎么说的，力是改变物体的原因，任何物体都有惯性存在，也就是说如果现实生活中我们看到一切静止或者运动的物体，如果只有作用力的话我们的世界就是一个相对运动的世界，所有的东西都是要保持速度而且越来越快，快到多少呢，就用牛二定律可以算出加速度，用微积分可以算出任意时刻的速度和距离。而事实上我们看到的桌子椅子，杯子碗筷和建筑为啥都不动呢？原因就在于这个作用力和反作用成对出现的结果，大小相等方向相反的性质决定了力的平衡或者说F=f，合力为零，故此又遵循了牛一定律，那么物体就是静止或者匀速运动状态来示人。

在汽车工程上，我们研究的就是这对力的大小和变化，汽车轮胎除了减震之外，就是跟地面的牛三定律才会让汽车能正常行驶，而冬天在冰面上发动机的动力再强，摩擦力的反作用力却很小，汽车车轮就会打滑。此时驱动力（活塞做功产生的力）和反作用力（摩擦力）就是一对平衡力。

没有摩擦力如同冬天冰雪路面上行走，鞋根本提供不了前行的摩擦力，而蹬空时有发生。为此研究汽车的动力（油耗）和阻力（摩擦力）就是研究牛三定律。当摩擦力过小车辆的驱动力就失去效能，当汽车制动时，汽车就停不下来，此时ASR，ABS还有等等的电子装置孕育而生。

牛三定律在驾驶经济性的革命性思路

汽车消耗存储在燃料中的化学能通过内燃机转变成为机械能，通过动力总成把机械能扭矩传递到车轮，通过车轮的旋转过程产生的反作用力摩擦力推动车轮的滚动，把扭矩旋转之力又变成了直线之力。这个过程中我们感兴趣的还是溯源对燃料消耗更加感兴趣。

对于车辆油耗的研究，如果从燃料内化学能入手，你就会发现根本无法研究，u额就是你在搜索引擎中只能找到节油窍门式的节油鸡汤，对于如何节油只能谈感觉谈感受的定性的经验，想真正定量的去挖掘和研究根本无从谈起。而让现代物流大车队的崛起要求凡事要数据化、精确化、可控化的去操作，于是驾驶员和车队的矛盾就此产生，而让车队获取数据的方式依旧采用2~3月驾驶员操作的结果进行参考，所以驾驶员也有意无意的在中间阻挠车队获得精确数据，这就是当前车队乱象之一。

如果按照正常的思路，确实如驾驶员所述，油耗变化根本无法控制，他是多因一果，外界影响因素太多，很多因素还不能控制等等，这里我们先把这个话题放在这里，我们看看对于类似多因一果的案例我们是不是无法去定性研究。

我们再



1，现在很多大城市生活压力越来越大，很多年轻人刚参加工作就是月光族，很多人就常常给大家算一笔账来计算每个月的开销或花费。

如果按照正向思维去计算，你就会发现根本统计不出来最终结果，心情不好吃点好的，心情好也吃点好的，有朋友突然邀请要吃点好的，有同学聚会也要吃点好的，返回头加班这顿饭就省了，突然的出差这段饭饭火车站解决了...如此如此，如果用这种方法就成记账本研究法，当你累积了至少六个月的账本数据（最热门的大数据）再返回头去分析统计计算每个月花费，最后得出一个月平均开销的结果。

现实中有人这么算每月开销吗？如果有一定会被人笑掉大牙。此时最通常也是很靠谱的方法是用逆向法来计算。房费租金多少，水电费多少，交际费多少，餐费早中晚标准平均多少，电话费多少，买衣服多少，娱乐多少，这样加起来就是最基本的生活费，如果有些额外的突发性消费或者消费减少其实在最后进行一下微调即可，因为这个结果本身多因一果的性质决定了不可能100%的准确，这个结果只要接近9成以上准确性就可以。

这里的使用就是牛三运动学定律的精髓。一个月的花费跟一个月你为了维持你的基本生活的开销是一对作用力和反作用力，花费=开销，大小相等，作用相反，最后二力平衡，收支平衡，如果花费大于开销，你就要想办法多挣钱或者借贷，如果花费小于开销，你就可以理财。具体的数值是按照牛二定律通过微积分手段去算。

2，测量汽车的油耗

当我们想知道汽车行走了一段距离的油耗，我们的测量方法有两种流量法和计算法。流量法就是正向测量发动机真正使用的燃油量精确的得到结果，这个方法一般用于汽车实验和科学研究，应为对于现在的电喷发电机都是进回油的设计，需要能区分进回油的高精度流量计，这个不是一般人和企业能承受的，再说我们根本不需要100%的精度。

计算法就是牛二思想在测量油耗方面的应用。加满油箱，去驾驶一段距离，在把油箱补满到出发时位置一样，这个时候补进去的油量就是烧掉的油量，其实准确的说补进去的油量是补进去的它留在油箱里了，而烧掉的都变成废气了，怎么可能一样呢？所以用这个方法测量要求的测量条件都要算在内，例如油温的变化导致的热胀冷缩的体积变化，还有油面位置的相同，加油枪的本身计量误差等等，所有这一切做的就是因为逆向计算法的使用。

如果测量条件一致，这个补油量和消耗量就是一对大小相等作用相反的作用力和反作用力。

所以说，我们在生活中都在自觉不自觉的应用牛三定律，只是到了计算油耗的时候大家又蒙圈了，又是无从下手，结果就是无法计算而素手无策，所以说不管是牛顿还是爱因斯坦，理解其理论精髓并且灵活的应用到工作实践中去，这才是真正掌握了定律。

下期我们将带领大家一起来计算汽车的油耗，试想如果汽车还没有行驶，你已经对这种车，这种路的油耗有所精确掌握，可以说这才是车队管理最大的利好。而驾驶员和车队之间的利益之争是不是能从双输转化为双赢呢？

未完待续

说明：收到卡友留言说看不懂这些内容。本系列连载需要有一定的物理学和数学知识作为背书，是为了满足那些想从事培训师职业的朋友们，其相关课程借助了大学4年全日制本科教育的高等数学，解析几何等相关知识。这时培养汽车设计和应用领域人才所需。

如果驾驶员仅想实现专业的经济性驾驶，请“翻阅历史消息”从“油耗背后的故事系列”连载的知识中就可获得。

如果驾驶员仅想只到最基本的工具节油法，请百度“如何节油”和“省油窍门”这样的节油鸡汤即可。

为了满足对驾驶物理学和力学知识很高的卡友的要求，请卡友们谅解此课程不会那么容易通俗易懂。谢谢大家理解。

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