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在人教版的普通高中课程标准实验教科书物理(必修1)第62页的“说一说”中，图3.3-5有这样一段话：轮胎表面都有花纹状的沟槽。雨天,沟槽能把轮胎与地面的水排出，保持两者的良好接触以产生足够的摩擦力。沟槽的深度小于2mm时轮胎就不应再使用了。
轮胎上为什么要刻上花纹？难道是为了好看吗？除了文中提到的摩擦力以外，还有哪些用处呢？为什么沟槽要有一定的深度呢？如果从更深层的角度去探索胎面花纹的奥秘时，你就会发现自己从前对车胎知识的积累竟然是那么的匮乏。轮胎上的花纹并不是为了好看才挖的，它的发明和发展也是轮胎向前发展的一部分。要了解花纹的作用，我们可以从以下三方面入手。
1 花纹的历史
胎面花纹大致出现于1892年前后。最原始的胎面花纹其实很简单，仅是一些直线的楞花。但在路面情况，车速、载重等各方面条件的不断变化下，轮胎的花纹经过一百多年的发展，也在不断地改进中变得越来越复杂多样起来。
早期的充气轮胎比较窄，容易被刺破，而且轮胎表面光滑，车轮容易打滑。当汽车在潮湿的山地上行驶时，车轮更容易打滑。1845年取得第一条充气轮胎专利的汤姆生，曾想出了在轮胎的表面上打入轮针，但因前面讲过的原因而没有实现。
1891年，自行车的轮胎首度出现了胎面沟纹，但因自行车的速度较慢，花纹的真正意义没有得到完整的体现和发展，倒被一些商家用在了广告上。
1895年，巴黎出现了一种广告三轮车，在轮胎上一圈类似橡胶印的东西，在马路上跑的时候，广告文就会被印下来。自从美国首度出现了计程车，汽车在社会上的地位开始被认同。汽车性能增加的同时，驱动力、制动力、操纵力充分传达到地面，光滑的轮胎，特别是在下雨天，便很容易肇事，因此，沿着轮胎的圆周面，便出现了横的或直的沟纹。1908年，出现了正式图样，当时被称为“踩出图样”。
1922年，美国人塞普取得了把非常细小的纹路镶进轮胎表面的专利。
1932年，有位叫宗马的人，首次在轮胎上刻了一些很细小的花纹，并发现这些花纹有吸取路面上水分的功能，所以获得专利。他的这一发明，一直到现在仍被厂商采用，因此，宗马成了研究胎纹的始祖。到了现在的轮胎，胎面宽、厚度薄，复杂的胎面构造能将轮胎表面的水迅速排走。
2 花纹的分类
轮胎花纹可以分为三大类，即通用、高越野性和联合式花纹。而它们的几何形状大体有以下五种：
2.1 横沟花纹：横沟花纹轮胎的牵引力、制动力与自动清洁能力都比较好，在恶劣路面上表现良好，但缺点是横向阻力小，易侧滑，而且噪声较大。所以一般用于货车、大型客车后轮或工程车与越野车等，是坏路上的专用轮胎。
2.2 直沟花纹：直沟花纹行驶阻力小，操控与稳定性好，噪声较小。但它不适宜在坏路上行驶，驱动力与制动力较横纹轮胎差。主要用于轿车，较小的客车与货车上也有采用，适用于道路状况较好的柏油、水泥马路以及高速公路上。
2.3 直横沟花纹：横沟与直沟相互交错，不但适于在恶劣的路面上行驶，而且可以在普通公路上行驶。如今这类轮胎较多地用于货车、客车以及SUV等车辆上。
2.4 块状花纹：轮胎的表面呈现凸出的块状，目的在于加强其驱动力与制动力，一般被用于雪地与特别泥泞的道路行驶。它的缺点是耐磨性差，行驶时阻力大，噪声也较高。
2.5 非对称花纹：这是近年来推出的新式设计。轮胎外侧沟纹较少、内侧沟纹较多，可以保证更平稳地转弯与雨天排水。 可见，不同的轮胎花纹反映出车辆的不同功能，所以换轮胎时一定要注意专业色彩浓厚的车胎绝对不能混合使用，应该视不同情况调换不同型号的车胎。
3 花纹的作用
3.1 增加车胎的抓地力
简单的说就是为了使车轮增加与地面的附着力，从而更好地前进。“增加与地面的附着力”，和我们一般意义上认为的“增大与地面的摩擦”是不一样的。从科学的角度说，在城市的沥青路面上，花纹一般对摩擦力没有影响，所说的附着力指的是在特殊情况下胎面花纹产生的效果。比如，刚下过雨，路面上有一层水；刚下过霜，路面上有一层尘士或细沙，这时路面的性质条件改变了，增加了一层“润滑剂”--水、冰、或砂砾。在这种情况下，刹车时，胎面花纹在地面上一蹭，就把水，砂等刮到花纹的槽里，甩到一边，保持了路面与车轮间的良好接触，使车轮与地面的摩擦不受影响，或者说，在这种条件下增大了车胎与地面的摩擦力。所以，当轮胎的花纹里嵌入了石子和泥块时，一定要及时清理的原因。
3.2 增加车胎的排水性
就象课本中所说的“雨天，沟槽能把轮胎与地面的水排出，保持两者的良好接触以产生足够的摩擦力。够槽的深度小于2mm时轮胎就不应再使用了。”
其实胎纹的最大任务就是压挤路面上的水，使橡胶与地面接触而产生摩擦力，抓住地面。实验证明，在潮湿的路面上，无花纹轮胎的制动距离是有花纹轮胎的2倍左右。不仅如此，在倾盆大雨的时候，因轮胎接触地面的水不能排出，而产生制动不灵、转向盘难以控制的现象，那时，车子就象水上滑艇一样。这种现象，常在花纹不深或无花纹轮胎时发生。那么，正常花纹轮胎在深水路面上行驶，到底能发挥多大作用呢？下面我们做一计算。
假设目前下着大雨，降雨量达到5mm，汽车以80km／h的速度行驶，假设轮胎与地面接触宽度是120mm。虽然轮胎花纹不同，轮胎与路面之间的排水量也不同，但可约略计算为：
排出的水量＝轮胎与地面接触宽度×行走距离×水深
速度为80km/h的汽车，1s内约行进22m，这样，1s内一只轮胎排出的水量为：
1.2×22×0.5＝13.2(L)
那么，四只轮胎共排出13.2×4＝52.8(L)。也就是说，当一辆车以80km/h的速度在水深5mm的路上行驶时，一秒钟内，四只轮胎大概要排出52.8L的水。多么不简单！因此，有花纹的轮胎可以确保汽车在水路上也能安全地行驶，而花纹太浅，则完不成它的使命。轮胎的花纹太浅时，除了排水不好以外，胎冠的热量也不能及时排出，使胎温上升，紧急制动时，容易将胎冠胶磋掉而导致爆胎；另外，花纹太浅，特别容易被尖硬物刺破胎面，引起事故。所以我们要及时地更换轮胎。
那么，花纹究竟磨到什么程度应该换胎呢？一般情况下，每一条轮胎上每隔60°就在它的胎侧上有一个小“A”符号，共有6个小“A”(米其林轮胎是它的小雪人标)，在小“A”符号所对着的胎冠部分，花纹下刻有花纹的磨损残留深度极限。当花纹磨损到这一残留深度极限时，那么这条轮胎就应该被换掉而不应继续使用。实验证明，轮胎的花纹残留深度一般不能低于1.6mm，否则，不论是轮胎的驱动力还是制动性能都要大大降低，而遇到水路时，即会出现前面讲过的“水上滑行”现象。
3.3 减少噪声
车辆行驶中产生的噪音来自多方面，比如
(1) 当轮胎接触地面时，胎或道路空腔里集中的空气突然外流，而轮胎离开地面时，空气又突然流入，形成"泵气效应"，从而产生噪声。
(2) 当轮胎经不平路面或轮胎不均匀，不平衡胎面和胎受激振动也会产生噪声。
(3)高速空气流过轮胎表面时，产生的空气噪声。 和轮胎有关的主要是胎面花纹产生的噪音。所以匹配中高档轿车的舒适型轮胎都会在这方面非常注意，在设计花纹时都要考虑到静音性。实验表明，纵向花纹比横向花纹的噪声小。车主们可以靠选择不同的轮胎来减少噪声。
由此可见，车胎表面花纹的功能和作用远远超出了我们的想象，在胎面上，它不仅仅是装饰效果，更是驾驶过程中安全的保障。轮胎上的花纹对整个驾驶生活起着十分重要的作用，设计合理的花纹不仅能在这个油价飞涨的时代帮您节油，还能减少汽车在驾驶中产生的噪音，同时又能增强汽车在雨季湿滑的路面的制动性能，从而加大汽车驾驶的安全性。
轮胎上为什么要刻上花纹？难道是为了好看吗？除了文中提到的摩擦力以外，还有哪些用处呢？为什么沟槽要有一定的深度呢？如果从更深层的角度去探索胎面花纹的奥秘时，你就会发现自己从前对车胎知识的积累竟然是那么的匮乏。轮胎上的花纹并不是为了好看才挖的，它的发明和发展也是轮胎向前发展的一部分。要了解花纹的作用，我们可以从以下三方面入手。
1 花纹的历史
胎面花纹大致出现于1892年前后。最原始的胎面花纹其实很简单，仅是一些直线的楞花。但在路面情况，车速、载重等各方面条件的不断变化下，轮胎的花纹经过一百多年的发展，也在不断地改进中变得越来越复杂多样起来。
早期的充气轮胎比较窄，容易被刺破，而且轮胎表面光滑，车轮容易打滑。当汽车在潮湿的山地上行驶时，车轮更容易打滑。1845年取得第一条充气轮胎专利的汤姆生，曾想出了在轮胎的表面上打入轮针，但因前面讲过的原因而没有实现。
1891年，自行车的轮胎首度出现了胎面沟纹，但因自行车的速度较慢，花纹的真正意义没有得到完整的体现和发展，倒被一些商家用在了广告上。
1895年，巴黎出现了一种广告三轮车，在轮胎上一圈类似橡胶印的东西，在马路上跑的时候，广告文就会被印下来。自从美国首度出现了计程车，汽车在社会上的地位开始被认同。汽车性能增加的同时，驱动力、制动力、操纵力充分传达到地面，光滑的轮胎，特别是在下雨天，便很容易肇事，因此，沿着轮胎的圆周面，便出现了横的或直的沟纹。1908年，出现了正式图样，当时被称为“踩出图样”。
1922年，美国人塞普取得了把非常细小的纹路镶进轮胎表面的专利。
1932年，有位叫宗马的人，首次在轮胎上刻了一些很细小的花纹，并发现这些花纹有吸取路面上水分的功能，所以获得专利。他的这一发明，一直到现在仍被厂商采用，因此，宗马成了研究胎纹的始祖。到了现在的轮胎，胎面宽、厚度薄，复杂的胎面构造能将轮胎表面的水迅速排走。
2 花纹的分类
轮胎花纹可以分为三大类，即通用、高越野性和联合式花纹。而它们的几何形状大体有以下五种：
2.1 横沟花纹：横沟花纹轮胎的牵引力、制动力与自动清洁能力都比较好，在恶劣路面上表现良好，但缺点是横向阻力小，易侧滑，而且噪声较大。所以一般用于货车、大型客车后轮或工程车与越野车等，是坏路上的专用轮胎。
2.2 直沟花纹：直沟花纹行驶阻力小，操控与稳定性好，噪声较小。但它不适宜在坏路上行驶，驱动力与制动力较横纹轮胎差。主要用于轿车，较小的客车与货车上也有采用，适用于道路状况较好的柏油、水泥马路以及高速公路上。
2.3 直横沟花纹：横沟与直沟相互交错，不但适于在恶劣的路面上行驶，而且可以在普通公路上行驶。如今这类轮胎较多地用于货车、客车以及SUV等车辆上。
2.4 块状花纹：轮胎的表面呈现凸出的块状，目的在于加强其驱动力与制动力，一般被用于雪地与特别泥泞的道路行驶。它的缺点是耐磨性差，行驶时阻力大，噪声也较高。
2.5 非对称花纹：这是近年来推出的新式设计。轮胎外侧沟纹较少、内侧沟纹较多，可以保证更平稳地转弯与雨天排水。 可见，不同的轮胎花纹反映出车辆的不同功能，所以换轮胎时一定要注意专业色彩浓厚的车胎绝对不能混合使用，应该视不同情况调换不同型号的车胎。
3 花纹的作用
3.1 增加车胎的抓地力
简单的说就是为了使车轮增加与地面的附着力，从而更好地前进。“增加与地面的附着力”，和我们一般意义上认为的“增大与地面的摩擦”是不一样的。从科学的角度说，在城市的沥青路面上，花纹一般对摩擦力没有影响，所说的附着力指的是在特殊情况下胎面花纹产生的效果。比如，刚下过雨，路面上有一层水；刚下过霜，路面上有一层尘士或细沙，这时路面的性质条件改变了，增加了一层“润滑剂”--水、冰、或砂砾。在这种情况下，刹车时，胎面花纹在地面上一蹭，就把水，砂等刮到花纹的槽里，甩到一边，保持了路面与车轮间的良好接触，使车轮与地面的摩擦不受影响，或者说，在这种条件下增大了车胎与地面的摩擦力。所以，当轮胎的花纹里嵌入了石子和泥块时，一定要及时清理的原因。
3.2 增加车胎的排水性
就象课本中所说的“雨天，沟槽能把轮胎与地面的水排出，保持两者的良好接触以产生足够的摩擦力。够槽的深度小于2mm时轮胎就不应再使用了。”
其实胎纹的最大任务就是压挤路面上的水，使橡胶与地面接触而产生摩擦力，抓住地面。实验证明，在潮湿的路面上，无花纹轮胎的制动距离是有花纹轮胎的2倍左右。不仅如此，在倾盆大雨的时候，因轮胎接触地面的水不能排出，而产生制动不灵、转向盘难以控制的现象，那时，车子就象水上滑艇一样。这种现象，常在花纹不深或无花纹轮胎时发生。那么，正常花纹轮胎在深水路面上行驶，到底能发挥多大作用呢？下面我们做一计算。
假设目前下着大雨，降雨量达到5mm，汽车以80km／h的速度行驶，假设轮胎与地面接触宽度是120mm。虽然轮胎花纹不同，轮胎与路面之间的排水量也不同，但可约略计算为：
排出的水量＝轮胎与地面接触宽度×行走距离×水深
速度为80km/h的汽车，1s内约行进22m，这样，1s内一只轮胎排出的水量为：
1.2×22×0.5＝13.2(L)
那么，四只轮胎共排出13.2×4＝52.8(L)。也就是说，当一辆车以80km/h的速度在水深5mm的路上行驶时，一秒钟内，四只轮胎大概要排出52.8L的水。多么不简单！因此，有花纹的轮胎可以确保汽车在水路上也能安全地行驶，而花纹太浅，则完不成它的使命。轮胎的花纹太浅时，除了排水不好以外，胎冠的热量也不能及时排出，使胎温上升，紧急制动时，容易将胎冠胶磋掉而导致爆胎；另外，花纹太浅，特别容易被尖硬物刺破胎面，引起事故。所以我们要及时地更换轮胎。
那么，花纹究竟磨到什么程度应该换胎呢？一般情况下，每一条轮胎上每隔60°就在它的胎侧上有一个小“A”符号，共有6个小“A”(米其林轮胎是它的小雪人标)，在小“A”符号所对着的胎冠部分，花纹下刻有花纹的磨损残留深度极限。当花纹磨损到这一残留深度极限时，那么这条轮胎就应该被换掉而不应继续使用。实验证明，轮胎的花纹残留深度一般不能低于1.6mm，否则，不论是轮胎的驱动力还是制动性能都要大大降低，而遇到水路时，即会出现前面讲过的“水上滑行”现象。
3.3 减少噪声
车辆行驶中产生的噪音来自多方面，比如
(1) 当轮胎接触地面时，胎或道路空腔里集中的空气突然外流，而轮胎离开地面时，空气又突然流入，形成"泵气效应"，从而产生噪声。
(2) 当轮胎经不平路面或轮胎不均匀，不平衡胎面和胎受激振动也会产生噪声。
(3)高速空气流过轮胎表面时，产生的空气噪声。 和轮胎有关的主要是胎面花纹产生的噪音。所以匹配中高档轿车的舒适型轮胎都会在这方面非常注意，在设计花纹时都要考虑到静音性。实验表明，纵向花纹比横向花纹的噪声小。车主们可以靠选择不同的轮胎来减少噪声。
由此可见，车胎表面花纹的功能和作用远远超出了我们的想象，在胎面上，它不仅仅是装饰效果，更是驾驶过程中安全的保障。轮胎上的花纹对整个驾驶生活起着十分重要的作用，设计合理的花纹不仅能在这个油价飞涨的时代帮您节油，还能减少汽车在驾驶中产生的噪音，同时又能增强汽车在雨季湿滑的路面的制动性能，从而加大汽车驾驶的安全性。