汽车什么时候达到最高车速？

知识点：二力平衡 牛顿第二定律 最高车速 行驶阻力

为什么一些超级跑车的最高速度可以达到300千米/时或更高，而一些家用汽车的最高车速只有180千米/时？汽车的最高车速与什么有关？

当发动机驱动车轮旋转时，汽车在牛顿第三定律（即作用力与反作用力定律）的作用下，汽车就会受到来自地面的推动力，驱使汽车越跑越快。同时，汽车在奔跑中还会受到多种阻止汽车前进的力量，即行驶阻力。行驶阻力主要是空气阻力，还有传动机构的机械摩擦力等。

当推动力大于行驶阻力时，汽车受到的合力方向是向前，这样就会使汽车产生向前的加速度，车速就会越来越高。

但随着汽车速度的提高，汽车受到的行驶阻力也越来越高。因为行驶阻力中的主要力量空气阻力，与车速的平方成正比，它随车速增大而迅速增大。

当汽车遇到的行驶阻力增大到与最大推动力（即输出最大功率时）相等时，这两个大小相等、方向相反的力就达到彼此平衡，相当于汽车受到的总外力为零。那么，根据牛顿第二定律，汽车的加速度此时也为零，汽车速度不再增加，即达到了最高速度。

由此看来，汽车的最高速度主要与汽车的最大驱动力及所受的空气阻力有关。因此，最大驱动力较大的汽车，如大排量发动机汽车，或受空气阻力影响较小的汽车，如低矮扁平的流线形车身的跑车，它们的最高车速往往也比较高。这也是超级跑车都要采用大排量发动机及流线形车身设计的主要原因。

你知道吗？Do you know？

高速公路上为什么要限制车速？

既然现在汽车的最高速度可以超过300千米/时，为什么高速公路的最高限速只有120千米/时？为什么不设定为200千米/时或更高？

最高速度参考示意图

虽然汽车的最高速度非常高，但那是汽车在极限状态下达到的速度，而汽车在极限状态下长时间运行后非常容易“筋疲力尽”而导致故障出现。就像我们人一样，如果总处于亢奋状态或极限状态，再强壮的身体也受不了。为了安全起见，也为了保持汽车的寿命，便将汽车限制在一个合适的速度下行驶。

另外，汽车速度越高，其制动距离也越长。现在的普通轿车以100千米/时的速度开始紧急制动后，也要继续行驶40米左右后才能完全停止。而作为重量比较大的大型载货汽车、大客车等，它们的制动距离还会更长。或者说，现在的制动技术还不够强大，当汽车高速行驶时如果遇到紧急情况，很容易造成严重事故。