滚动阻力

概念定义

滚动阻力是球、轮胎或车轮等物体在另一物体表面滚动时，受到的阻碍作用，其方向与滚动方向相反。以充气轮胎为例，当轮胎在平坦、干燥且坚硬的理想路面上直线滚动，轮胎外缘的中心对称面与车轮滚动方向一致，此时阻碍轮胎继续前进的作用即属于轮胎滚动阻力。

滚动阻力有时也被称为“滚动摩擦”，但这一名称并不准确。滚动过程中的主要能量损失来自材料变形，并非全部由滚动体与接触面之间的摩擦产生。只有发生相对滑动时形成的滑动损失与摩擦力直接相关。

滚动体与承载表面接触后，接触区域在压力作用下产生形变。随着滚动体向前移动，受压位置持续改变：前方材料进入受压和变形状态，后方材料则在接触压力消失后恢复。若材料不能完全恢复原有状态，部分用于变形的能量便会耗散，无法重新转换为滚动体的动能，由此形成阻碍滚动的作用。

这种能量耗散既可能出现在滚动体本身，也可能出现在滚动面。轮胎等可变形滚动体在承载时会发生形变；沙地等较易变形的表面也会因滚动物体经过而改变形状。接触双方的形变和恢复过程共同影响滚动时的能量损失。

滚动阻力的主要来源可分为迟滞损失，以及滚动体或滚动面的塑性变形。迟滞损失反映材料受压变形后未能把全部变形能量返还给滚动运动的现象；塑性变形则表示物体卸载后仍保留部分形变，相应能量因此被耗散。

滚动体与表面之间若同时出现滑动，还会产生额外的能量损失。部分研究将其一并纳入滚动阻力，另一些研究则把它独立称为“滑动损失”或“滑动阻力”。因此，讨论滚动阻力时需要区分纯滚动中的形变损失与接触面相对滑动造成的损失。

滚动阻力适用于分析轮胎、车轮及球体在不同表面上的滚动状态。在汽车领域，它用于描述充气轮胎沿路面直线滚动时受到的反向阻碍作用。“降低滚动阻力”所针对的核心，是减少轮胎与路面接触和形变过程中未能回到滚动运动的能量。

这一概念也适用于比较坚硬路面与沙地等可变形表面上的滚动现象。前者可涉及滚动体自身的受压形变，后者还会出现滚动面明显变形。无论形变主要发生在哪一方，只要部分能量在受压、恢复或永久变形过程中耗散，便会构成滚动阻力的来源。