Вы когда-нибудь с изумлением наблюдали, как пикап буксирует огромный груз кирпичей? Если вы подумали:«Вау, это противоречит законам физики!» вы ошибаетесь.
Хотите верьте, хотите нет, но законы физики (точнее, законы движения) на самом деле позволяют грузовику массой 5000 фунтов (2268 кг) буксировать груз массой 10000 фунтов (4536 кг). Это часть взаимодействия между энергией двигателя грузовика и силами гравитации. Однако это немалый подвиг; если вы помните третий закон движения Ньютона, то знаете, что с того момента, как ваш грузовик начинает движение, на каждом этапе пути ему противостоят силы.
Если вы понимаете физику вождения, вы понимаете физику буксировки. На самом деле есть довольно простой способ взглянуть на процесс.
При вождении и буксировке грузовик может находиться в трех состояниях:состояние покоя, ускорение и постоянная скорость. Когда трансмиссия вашего грузовика находится в режиме парковки и ваш грузовик неподвижен, он считается находящимся в состоянии покоя. Гравитационный толчок вниз к центру Земли и восходящий толчок от земли (называемый нормальной силой). ) противостоять друг другу, чтобы ваш грузовик оставался в покое. Ваш грузовик останется на месте — в конце концов, неподвижный объект имеет тенденцию оставаться в покое.
Но ты не хочешь отдыхать, ты хочешь буксировать. Это означает, что вы должны преодолеть склонность к отдыху с помощью приложенной силы. . К счастью для вас, у вашего грузовика есть двигатель, который может производить энергию, которая служит приложенной силой, необходимой для вашего движения. В то время как противодействующие нормальная и гравитационная силы все еще остаются, для ускорения вам придется иметь дело с силами трения. Эти силы существуют не вверх и вниз, а параллельно земле и толкают в направлении, противоположном желаемому движению. Вы не можете поймать перерыв с точки зрения физики, не так ли?
С нами до сих пор? Хорошо. Продолжайте читать, чтобы узнать больше о физике буксировки.
Есть два вида сил трения, которые действуют против вас, когда вы ведете свой грузовик. Статическое трение это трение, с которым сталкиваются ваши шины, прежде чем они достигнут порога движения . Как только ваши колеса начинают двигаться, порог движения пройден, и теперь ваши шины должны иметь дело с кинетическим трением. -- или, в случае колеса, трение качения . Чтобы ускориться, статическое трение должно быть преодолено за счет приложенной силы, но это не относится к трению качения. Вместо этого цель состоит в том, чтобы ускориться до тех пор, пока приложенная сила не сравняется с величиной трения качения, приложенного к шинам. Как только величина приложенной силы совпадет с величиной трения качения, вы достигнете точки постоянной скорости. Возможно, вы знаете ее как крейсерскую скорость — момент, когда вы не ускоряетесь и не замедляетесь, а просто счастливо движетесь вперед.
Все эти разговоры о физике не имели бы большого значения, если бы не то, как ваш автомобиль использует приложенную к двигателю силу для движения грузовика по дороге. Он делает это, создавая крутящий момент , то есть энергия, которая вращает колесо вокруг своей оси. Сила, создаваемая вашим двигателем, передается на колеса вашего грузовика через трансмиссию, которая вращает приводной вал и распределяет крутящий момент на колеса.
Крутящий момент отличается от энергии, необходимой для перемещения чего-либо по горизонтальной плоскости. Подумайте об этом так:скажем, у вас есть четвертак, стоящий на краю, который вы собираетесь катить по коридору. Вы можете нажать на край пальцем сверху вниз, чтобы заставить его двигаться вперед, или снизу вверх, чтобы заставить его катиться назад. Вы только что применили крутящий момент. Теперь попробуйте передвинуть четвертак вперед, не перекатывая его. Не очень хорошо работает, не так ли? Четвертак просто скользит по поверхности, что затрудняет управление — не очень эффективный способ передвижения. Это вызов, который ставится перед вашим грузовиком каждый раз, когда вы едете:двигаться вперед без заноса.
Это кажется достаточно простым; вы нажимаете на педаль газа, и двигатель распределяет крутящий момент на приводной вал, который вращает ось и, в свою очередь, колеса. Но если двигатель выдает слишком большой крутящий момент, ваши шины преодолеют трение качения, которое они встречают на дороге, и будут бесполезно (и, возможно, опасно) скользить. Вам нужно, чтобы ваша шина никогда не сходила с дороги.
Это звучит немного странно, но когда ваш грузовик едет правильно, нижняя часть шины — буквально там, где резина соприкасается с дорогой — остается в покое. То, что представляет собой нижняя часть шины, меняется, поскольку все точки протектора имеют возможность служить нижней частью шины, когда она завершает полный оборот. Так же как и расположение нижней части шины по отношению к дороге. Но что касается гравитации и нормальной силы, то нижняя часть шины находится в состоянии покоя, поскольку она никогда не отрывается от дороги.
Так какое, черт возьми, все это имеет отношение к буксировке? Множество. Вы увидите, что мы имеем в виду, на следующей странице.
Все, что вы только что узнали о том, как физика обеспечивает плавное движение вашего грузовика, можно экстраполировать на буксировку.
Если у вас полный привод, все четыре колеса соединены с приводными валами и, таким образом, получают крутящий момент для их перемещения. Если у вас только задний или передний привод, не бойтесь:крутящий момент, распределяемый на ваши ведущие колеса, заставит двигаться и колеса, которые участвуют в поездке. Поскольку они связаны с вашим грузовиком, эти колеса будут двигаться, когда начнут двигаться ведущие колеса. Вес должен быть равномерно распределен по грузовику, а это значит, что каждое колесо, независимо от того, соединено оно с приводным валом или нет, сталкивается с одинаковой нагрузкой.
Поскольку ваши шины находятся там, где резина соприкасается с дорогой — или, точнее, там, где сила тяжести, давящая вниз на ваш грузовик, встречается с нормальной силой, толкающей его вверх, — именно здесь распределяется вес. Если вес распределен равномерно, то нормальная сила, с которой он сталкивается, также распределяется равномерно, поскольку нормальная сила пропорциональна массе вашего грузовика. Это означает, что нормальная сила, с которой сталкивается каждая шина, составляет около четверти массы вашего грузовика. Это равное распределение силы приводит к одинаковому количеству статической, а затем кинетической силы, с которой сталкивается каждая шина, когда она движется от положения покоя к ускорению и, наконец, к постоянной скорости. Таким образом, крутящий момент, достаточный для вращения одного колеса, будет двигать их все. Если вес вашего грузовика распределен неравномерно, то шины, поддерживающие меньший вес, будут скользить или скользить, так как получаемый ими крутящий момент превышает, а не равняется трению качения, которое они встречают на дороге.
Это верно как для четырех колес на вашем грузовике, так и для двух или четырех дополнительных колес, которые вы добавите, когда будете буксировать прицеп. Это потому, что с точки зрения законов физики, когда ваш прицеп подсоединен к вашему грузовику, он считается единым целым. Масса грузовика и масса прицепа имеют общую массу. Это означает, что распределение веса остается важным. При правильном распределении шины (четыре, шесть, восемь или 50) будут испытывать одинаковое трение при пересечении порога и ускорении.
Так как же 5000-фунтовый грузовик может буксировать 10000-фунтовый груз? Короткий ответ заключается в том, что он не может, если у него нет подходящей зацепки. Если вы обратитесь к руководству по эксплуатации вашего грузовика, вы увидите, что у вашего грузовика есть две возможности буксировки — одна для собственного веса и одна для буксируемого веса. Вы также заметите, что предел собственного веса примерно такой же, как у вашего грузовика, а грузоподъемность буксируемого груза примерно в три раза выше. Причина в том, что для буксируемой грузоподъемности требуется специальное сцепное устройство, которое, как вы уже догадались, распределяет вес прицепа между колесами прицепа и грузовика.
Дополнительный вес прицепа требует, чтобы двигатель туристического транспортного средства работал больше, чтобы создавать больший крутящий момент, чем требуется, когда туристический автобус движется без нагрузки. Но если вес правильно распределен как в прицепе, так и в автобусе, статическое трение для каждой шины будет одинаковым. Таким образом, идет ли речь о грузовике весом 5000 фунтов, движущемся по дороге, или о грузовике, буксирующем груз весом 10000 фунтов, пока двигатель может создавать достаточный крутящий момент для вращения ведущих колес без преодоления трения качения о дорогу, все остальные колеса будут вращаться. Следуйте.
Для получения дополнительной информации о буксировке и других связанных темах посетите следующую страницу.
СпасибоОсобая благодарность доктору Уильяму Скокполу и Крейгу Фройденриху, доктору философии. за помощь с этой статьей!
Советы по устранению проблем с тормозами в домашних условиях
Самые быстрые электромобили!!!
5 лучших советов по ремонту автомобилей летом
Исследование энергопотребления кондиционеров Tesla