Toto je skvělá otázka, která spojuje mnoho z toho, o čem jsme mluvili v jiných HowStuffWorks články o tahu. A ukázalo se, že existuje poměrně jednoduchý způsob, jak zjistit, jak velký odpor je na vašem autě.
V článku Jak funguje síla, výkon, točivý moment a energie jste se dozvěděli o druhém Newtonově zákonu, který můžeme přeformulovat jako sílu (F ) se rovná hmotnosti (m ) vynásobené zrychlením (a ).
F =ma nebo a =F/m
Tato rovnice znamená, že síla působící na auto způsobí, že vaše auto zrychlí. Když jedete konstantní rychlostí, výkon motoru se přemění na sílu působící na pneumatiky. Brzdná síla působí v opačném směru a je rovna síle, kterou vytváří motor na pneumatiky. Protože tyto síly jsou stejné a opačné, síť síla na auto je nulová, takže auto si udržuje konstantní rychlost. Pokud odeberete sílu produkovanou motorem (například tím, že auto zařadíte do neutrálu), pak jedinou silou působící na auto je odpor. Protože na vůz působí čistá síla, vůz začne zpomalovat.
Pokud dokážete změřit hmotnost vozu a zrychlení, můžete určit sílu. Chcete-li určit hmotnost, můžete auto nechat zvážit na skládce. A zrychlení můžete určit měřením, jak dlouho autu trvá, než zpomalí, když zařadíte neutrál.
Pomůže vám to trochu porozumět silám působícím na auto, než připravíte experiment.
Síla tlačit auto po silnici se mění s rychlostí, kterou auto jede. Řídí se rovnicí následujícího tvaru:
silniční zatížení =a + bv + cv 2
Písmeno v představuje rychlost auta a písmena a , b a c představují tři různé konstanty:
Důležité na této rovnici je, že síla působící na auto se při vysokých rychlostech velmi rychle zvětšuje. Síla na auto při rychlosti 70 mph je mnohem vyšší než síla při rychlosti 60 mph.
To znamená, že chceme měřit zrychlení ve velmi úzkém rozsahu rychlostí. Něco jako 3 mph nebo 5 km/h by mělo fungovat. Tento výpočet provedeme v metrických jednotkách, protože je snazší s nimi pracovat.
Řekněme, že vaše auto má hmotnost 2 000 kilogramů (kg) včetně vás a vaší matky a budete kontrolovat zrychlení mezi 100 km/h a 95 km/h (což dává průměrnou rychlost 97,5 km/h nebo asi 60 mph, takže to proveďte na dálnice, kde je povolená rychlost dostatečně vysoká). Měli byste si vybrat rovinatý úsek silnice s malým provozem a udělat to v den, kdy je klidný vítr a neprší.
Požádejte svou matku, aby auto zrychlila na 105 km/h a mějte připravené stopky. Řekni své matce, aby zařadila neutrál, abys začal setrvat. Když auto zpomalí na 100 km/h, spusťte časovač a zastavte jej, když vůz dosáhne rychlosti 95 km/h. Možná to budete chtít udělat několikrát, možná se vydáte jiným směrem na stejné části dálnice. Zaznamenejte všechny časy a zprůměrujte je.
Řekněme, že průměrný čas byl 10 sekund. Nyní máte všechny informace, které potřebujete k výpočtu brzdné síly. Stačí provést několik konverzí. Potřebujete zrychlení v metrech za sekundu za sekundu (m/s 2 ).
Vaše auto zpomalilo o 5 km/h, což je 5 000 metrů za hodinu, neboli 1 389 metrů za sekundu. Toto zpomalení trvalo 10 sekund, takže rychlost zrychlení byla 0,1389 m/s 2.
Hmotnost a zrychlení stačí zapojit do rovnice F =ma najít sílu. Zde je praktický převodník měření.
Takže síla na toto hypotetické auto při rychlosti 60 mph je přibližně 60 liber. To také znamená, že aby se auto rozjelo rychlostí 60 mil/h, musí motor vyprodukovat dostatek výkonu, aby na kola vyvinul sílu 60 liber.
Můžeme také zjistit, jaká je to síla. Výkon se rovná síle vynásobené rychlostí. Takže vše, co musíme udělat, je vynásobit sílu v newtonech rychlostí v metrech za sekundu, to nám dá výkon ve wattech.
Průměrná rychlost vaší testovací jízdy byla 97,5 km/h, což je 27 metrů za sekundu. Váš výkon je tedy 278 N vynásobený 27 m/s =7 500 wattů, neboli 7,5 kilowattů, což je 10 koňských sil.
