Cum poate un camion de 5.000 de lire să tragă 10.000 de kilograme?

Stai, nu sfidează fizica? Nu. Tim McCaig / iStockPhoto

Te-ai uitat vreodată cu uimire ca un camionet cu o încărcătură imensă de cărămizi? Dacă te-ai gândi, "Uau, asta sfidează legile fizicii!" ai greși.

Credeți sau nu, legile fizicii (sau mai exact, legile mișcării) permit de fapt unei camioane de 5.000 de lire sterline (2.268 kilograme) să tracteze o încărcătură de 10.000 de kilograme (4.536 kg). Este o parte a interacțiunii dintre energia exercitată de motorul camionului și forțele de gravitație. Totuși, nu este o faza mică; dacă vă amintiți a treia lege a mișcării de la Newton, știți că din momentul în care camionul dvs. începe să se miște, există forțe care se opun ei la fiecare pas al drumului.

Dacă înțelegeți fizica conducerii, înțelegeți fizica tractării. Există de fapt un mod destul de simplu de a privi procesul.

Există trei stări în care camionul dvs. poate intra atunci când vine vorba de conducere și remorcare: repaus, accelerație și viteză constantă. Când transmisia camionului dvs. este în parc și camionul dvs. este nemișcat, este considerat în repaus. Apăsarea gravitațională în jos spre centrul pământului și împingerea în sus de pe pământ (numită Forta normala) opuneți-vă unul pentru celălalt pentru a vă menține camionul în repaus. Camionul dvs. va rămâne pus - la urma urmei, un obiect în repaus tinde să rămână în repaus.

Dar nu vrei să te odihnești, vrei să remorci. Aceasta înseamnă că trebuie să depășiți această tendință de a vă odihni forta aplicata. Din fericire pentru dumneavoastră, camionul dvs. are un motor care poate produce energie, care servește ca forța aplicată necesară pentru a vă deplasa. În timp ce forțele normale și gravitaționale opuse rămân, pentru a accelera va trebui să faceți față forțelor de frecare. Mai degrabă decât în ​​sus și în jos, aceste forțe există paralel cu pământul și împing în direcția opusă modului în care doriți să vă deplasați. Nu poți prinde o pauză înțelept fizic, poți?

Cu noi până acum? Bun. Continuați să citiți pentru a afla mai multe despre fizica tractării.

Luați-l, colegi. Aici se produce cuplul. Hill Street Studios / Getty Images

Există două tipuri de forțe de frecare care lucrează împotriva ta în timp ce conduci camionul. Frecare statică este fricțiunea pe care o vor întâlni anvelopele dvs. înainte de a ajunge la prag de mișcare. Odată ce roțile tale încep să se miște, pragul de mișcare a fost depășit, iar anvelopele tale trebuie să facă față acum frecare cinetică -- sau în cazul unei roți, frecare de rulare. Pentru a accelera, frecarea statică trebuie să fie depășită prin forța aplicată, dar nu este cazul cu frecarea prin rulare. În schimb, obiectivul este să accelereze până când forța aplicată este egală cu frecarea de rulare aplicată pe anvelope. După ce cantitatea de forță aplicată se potrivește cu frecarea de rulare, ați ajuns la punctul de viteză constantă. Poate o cunoașteți ca viteză de croazieră - acel punct în care nu vă grăbiți sau încetiniți, ci călătoriți fericit de-a lungul.

Toate aceste discuții despre fizică nu s-ar ridica prea mult dacă nu ar fi fost modul în care mașina dvs. folosește forța aplicată din motor pentru a propulsa camionul pe drum. O face prin producerea Cuplu, care este energia care roteste o roata pe axa ei. Forța aplicată creată de motorul dvs. este distribuită roților camionului dvs. prin transmisie, care transformă arborele de antrenare și distribuie cuplul la roți.

Cuplul este diferit de energia necesară pentru a muta ceva de-a lungul unui plan orizontal. Gândiți-vă astfel: Să zicem că aveți un sfert în picioare pe marginea lui, pe care intenționați să-l derulați pe hol. Puteți împinge pe margine cu degetul într-o mișcare de sus în jos pentru a-l face să avanseze sau o mișcare de jos în sus pentru a face să se rostogolească înapoi. Tocmai ați aplicat cuplul. Încercați acum să mutați sfertul înainte, fără să îl rostogoliți. Nu merge foarte bine, nu? Sfertul doar alunecă de-a lungul suprafeței ceea ce îngreunează controlul - nu un mod foarte eficient de a vă deplasa. Aceasta este provocarea pe care o prezintă camionului dvs. de fiecare dată când conduceți: să mergeți înainte fără derapaj.

Pare destul de simplu; împingeți pedala de gaz, iar motorul distribuie cuplul la arborele de antrenare care învârte axul și, la rândul său, roțile. Dar dacă motorul produce prea mult cuplu, anvelopele dvs. vor depăși frecarea de rulare pe care o întâlnesc de pe drum și vor aluneca inutil (și posibil periculos). Ce vrei tu este ca anvelopa ta să nu părăsească niciodată drumul.

Sună un pic ciudat, dar atunci când camionul dvs. se deplasează în mod corespunzător, partea inferioară a anvelopei - literalmente acolo unde cauciucul se întâlnește cu drumul - rămâne în repaus. Ceea ce constituie partea de jos a anvelopelor se schimbă, deoarece toate punctele de pe banda de rulare au posibilitatea de a servi drept partea inferioară a anvelopei, deoarece completează o rotație completă. La fel și locația fundului anvelopei în raport cu șoseaua. Dar, în ceea ce privește gravitația și forța normală, partea inferioară a anvelopei este în repaus, deoarece nu iese niciodată din drum.

Deci, ce dracu are toate a face cu tractarea? O mulțime. Vei vedea ce ne referim la pagina următoare.

Atât timp cât greutatea este distribuită în mod egal, acest camion ar trebui să poată remorca mai mult de două ori greutatea proprie. Alexander Hafemann / iStockPhoto

-Tot ceea ce tocmai ați aflat despre modul în care fizica menține camionul în mișcare lină poate fi extrapolat pe remorcare.

Dacă aveți tracțiune integrală, toate cele patru anvelope sunt conectate la arbori de antrenare și astfel primesc cuplu pentru a le muta. Dacă aveți o tracțiune față sau o roată din față, nu vă temeți: cuplul distribuit roților dvs. de antrenare va determina roțile care sunt de-a lungul deplasării. Din moment ce sunt conectate la camionul dvs., aceste roți se vor mișca atunci când roțile de antrenare vor începe. Greutatea trebuie distribuită uniform pe camion, ceea ce înseamnă că fiecare roată - indiferent dacă este conectată la un arbore de antrenare sau nu - se confruntă cu o provocare egală.

Din moment ce anvelopele dvs. sunt acolo unde cauciucul se întâlnește cu drumul - sau, mai mult, punctul în care forța de gravitație apăsând în jos pe camionul dvs. întâlnește forța normală care se împinge în sus împotriva acesteia - aici este distribuită greutatea. Dacă greutatea este distribuită uniform, atunci forța normală pe care o întâlnește este distribuită în mod egal, deoarece forța normală este proporțională cu masa camionului. Aceasta înseamnă că forța normală pe care o întâlnește o anvelopă este de aproximativ un sfert din masa camionului. Această distribuție egală a forței duce la o cantitate egală de forță statică și apoi cinetică pe care o anvelopă o întâlnește pe măsură ce se deplasează de la poziția de repaus la accelerație și în final la viteza constantă. Deci cuplul suficient pentru a muta o roată le va muta pe toate. În cazul în care greutatea camionului dvs. nu este distribuită în mod egal, atunci anvelopele care suportă o greutate mai mică vor aluneca sau aluneca, deoarece cuplul pe care îl primesc depășește mai degrabă decât egal cu frecarea rulantă pe care o întâlnește din drum.

Acest lucru este la fel de adevărat cu cele patru anvelope de pe camionul tău, la fel și cu alte două sau patru anvelope pe care le vei adăuga atunci când remorci o remorcă. Acest lucru se datorează faptului că, în ceea ce privește legile fizicii, atunci când remorca ta este legată de camionul tău, este considerată o singură unitate. Masa camionului și masa remorcii împărtășesc o masă combinată. Aceasta înseamnă că distribuția greutății rămâne importantă. Dacă sunt distribuite corect, anvelopele - indiferent dacă sunt patru, șase, opt sau 50 - toate se vor confrunta cu aceeași cantitate de frecare pe măsură ce trec pragul și accelerează.

Deci, cum poate un camion de 5.000 de lire să tracteze o încărcătură de 10.000 de kilograme? Răspunsul scurt este că nu se poate, cu excepția cazului în care are un tip corect de cârlig. Dacă consultați manualul de utilizare al camionului dvs., veți vedea că camionul dumneavoastră are două capacități de remorcare - una pentru greutatea moartă și alta pentru greutatea remorcată. Veți observa, de asemenea, că limita de greutate moartă este aproximativ aceeași cu cea a camionului dvs., în timp ce capacitatea de greutate tractată este de trei ori mai mare. Motivul este că capacitățile de greutate remorcate necesită un cârlig special care - ați ghicit - distribuie greutatea remorcii între roțile remorcii și camionului.

-Greutatea adăugată a remorcii necesită motorul vehiculului autocarului să lucreze mai mult pentru a produce un cuplu mai mare decât este necesar atunci când antrenorul circulă fără restricții. Dar dacă greutatea este distribuită în mod corespunzător atât în ​​remorcă, cât și în vehiculul autocar, frecarea statică pentru fiecare anvelopă va fi egală. Așadar, fie că este vorba despre un camion care cântărește 5.000 de kilograme care se deplasează pe drum, sau unul care remorcă o încărcătură de 10.000 de kilograme, atâta timp cât motorul poate produce un cuplu suficient pentru a roti roțile de antrenare fără a depăși fricțiunile de rulare pe drum, toate celelalte roți vor urma.

Pentru mai multe informații despre remorcare și alte subiecte conexe, vizitați pagina următoare.

Mulțumesc

Mulțumiri speciale Dr. William Skocpol și Craig Freudenrich, doctorat. pentru ajutorul lor cu acest articol!

Articole similare

• Cum funcționează sistemele de distribuție a greutății de remorcare
• Cum funcționează greutatea limbii
• 10 Sfaturi de remorcare
• Cât de rău este dacă remorc mai mult decât capacitatea de tractare a camionului meu?
• Remorcarea unei remorci va deteriora vehiculul meu?
• Cum funcționează Legile mișcării lui Newton

Mai multe legături grozave

• Sfaturi de remorcare de siguranță și terminologie
• Boston University Physics
• Definiții și evaluări ale greutății de remorcare

surse

• Skocpol, William, doctorat. Profesor de fizică, Universitatea Boston. Corespondența personală. 31 octombrie 2008.
• Townsend, Ben. "Frecare statică și cinetică." Universitatea din Alaska, Fairbanks. Toamna 2002. http://ffden-2.phys.uaf.edu/211_fall2002.web.dir/Ben_Townsend/StaticandKineticFriction.htm