分析小车滑行过程中加速度逐渐变化的原因

图1 来自网络

1 引言

近期在研究小车自由滑行过程的加速度变化问题，发现小车在自由滑行过程中，加速度的大小逐渐减小并趋近于一个定值，然后突然变为零，与通常假想中的匀减速直线运动存在较大反差。

图2 实验小车

而当小车在斜面上自由滑行时，却发现加速度基本是一个定值，实验结果与预想的相一致。

2 实验探究

将智能手机放置在小车上，打开Phyphox中的线性加速度传感器，突然给小车一个初速度，让小车和智能手机共同向前做减速运动，智能手机就自动绘制出了如图3所示的小车的加速度-时间关系图像。

图3 小车滑行原始数据

考虑到原始数据波动性比较大，微主对原始数据做了高斯平滑滤波处理，得到了如图4所示的、较为理想加速度-时间关系图像。

图3 小车滑行数据高斯平滑处理

观察图4可以发现，小车在水平地面上自由滑行时，加速度逐渐减小，趋近于一个定值，并突然减小为零。

3 理论分析

小车在水平地面上自由滑行时，同时受到摩擦力和空气阻力的作用，摩擦力可视为定值，而空气阻力可视为与速度成正比。当小车逐渐减速时，摩擦力大小不变，空气阻力大小逐渐减小，小车受到的合力逐渐减小，小车的加速度逐渐减小至μg；当小车停止运动时，摩擦力突然减小为零，小车的加速度也就由μg突然减小为了零。

4 结论

当分析小车自由滑行运动的加速度问题时，由于摩擦力非常小，空气阻力的影响不能忽略；当小车在斜面上自由滑行时，重力的分力远大于空气阻力，这时才可以把空气阻力忽略掉。