Làm cách nào để đo lực cản trên ô tô?

Đây là một câu hỏi tuyệt vời tập hợp rất nhiều điều chúng ta đã nói trong HowStuffWorks khác các bài báo về lực cản. Và, hóa ra, có một cách tương đối đơn giản để tìm hiểu mức độ ảnh hưởng của lực cản đối với ô tô của bạn.

Trong bài viết Lực, Công suất, Mô-men xoắn và Năng lượng hoạt động như thế nào, bạn đã học về định luật thứ hai của Newton, mà chúng ta có thể gọi lại là lực ( F ) bằng khối lượng ( m ) nhân với gia tốc ( a ).

F =ma hoặc a =F / m

F =ma hoặc a =F / m

Phương trình này có nghĩa là lực tác dụng lên ô tô sẽ khiến ô tô của bạn tăng tốc. Khi bạn đang lái xe với tốc độ không đổi, công suất sinh ra trong động cơ được chuyển đổi thành lực tác động lên lốp xe. Lực cản tác dụng ngược chiều và bằng lực mà động cơ tạo ra ở vỏ xe. Vì các lực này bằng nhau và ngược chiều nhau nên net lực tác dụng lên ô tô bằng không nên ô tô giữ nguyên tốc độ không đổi. Nếu bạn loại bỏ lực do động cơ tạo ra (ví dụ:bằng cách đặt xe ở vị trí trung hòa) thì lực duy nhất lên xe là lực cản. Vì có một lực thuần lên ô tô nên ô tô sẽ bắt đầu giảm tốc.

Nếu bạn có thể đo được khối lượng của ô tô và gia tốc thì bạn có thể xác định được lực. Bạn có thể cân xe ở bãi rác để xác định khối lượng. Và bạn có thể xác định gia tốc bằng cách đo thời gian ô tô giảm tốc độ khi bạn đặt xe ở vị trí trung lập.

Nó sẽ giúp bạn hiểu một chút về các lực tác động lên ô tô trước khi bạn thiết lập thí nghiệm.

Lực đẩy ô tô xuống mặt đường thay đổi theo vận tốc ô tô đang đi. Nó tuân theo một phương trình có dạng sau:

lực tải đường =a + bv + cv2

lực tải đường =a + bv + cv ²

Thư v đại diện cho vận tốc của ô tô và các chữ cái a , b và c đại diện cho ba hằng số khác nhau:

• a thành phần không phụ thuộc vào tốc độ. Điều này chủ yếu đến từ lực cản lăn của lốp và ma sát trong các bộ phận của ô tô, như lực cản từ má phanh hoặc ma sát trong ổ trục bánh xe.
• b thành phần cũng đến từ ma sát trong các bộ phận và từ lực cản lăn của lốp xe.
• c thành phần chủ yếu đến từ những thứ ảnh hưởng đến lực cản khí động học như diện tích phía trước, hệ số cản và mật độ của không khí.

Điều quan trọng của phương trình này là lực tác dụng lên xe lớn hơn rất nhanh ở tốc độ cao. Lực tác dụng lên ô tô ở tốc độ 70 dặm / giờ lớn hơn nhiều so với lực tác dụng ở tốc độ 60 dặm / giờ.

Điều này có nghĩa là chúng ta muốn đo gia tốc trong một phạm vi tốc độ rất hẹp. Một cái gì đó như 3 dặm / giờ hoặc 5 km / h sẽ hoạt động. Chúng tôi sẽ thực hiện phép tính này theo đơn vị hệ mét vì chúng dễ làm việc hơn.

Giả sử ô tô của bạn có khối lượng 2.000 kilôgam (kg) bao gồm cả bạn và mẹ bạn, và bạn sẽ kiểm tra gia tốc trong khoảng từ 100 km / h đến 95 km / h (cho tốc độ trung bình là 97,5 km / h hoặc khoảng 60 dặm / giờ). đường cao tốc nơi giới hạn tốc độ đủ cao). Bạn nên chọn đoạn đường bằng phẳng, ít xe cộ qua lại và đi vào ngày gió lặng, trời không mưa.

Yêu cầu mẹ của bạn đưa chiếc xe lên đến 105 km / h và chuẩn bị sẵn đồng hồ bấm giờ của bạn. Nói với mẹ của bạn để xe ở vị trí trung lập để bạn bắt đầu lái xe. Khi ô tô giảm tốc độ đến 100 km / h, hãy bắt đầu hẹn giờ và dừng lại khi ô tô đạt vận tốc 95 km / h. Bạn có thể muốn thực hiện việc này nhiều lần, có thể đi theo hướng khác trên cùng một phần của xa lộ. Ghi lại tất cả thời gian và tính trung bình.

Giả sử thời gian trung bình là 10 giây. Bây giờ bạn có tất cả thông tin bạn cần để tính toán lực cản. Bạn chỉ cần thực hiện một vài chuyển đổi. Bạn cần gia tốc của mình tính bằng mét trên giây, trên giây (m / s ² ).

Xe của bạn giảm tốc độ 5 km / h, tức là 5.000 mét mỗi giờ hay 1,389 mét mỗi giây. Mất 10 giây để giảm tốc độ như vậy, do đó tốc độ gia tốc là 0,1389 m / s ^2.

Bạn chỉ cần cắm khối lượng và gia tốc vào phương trình F =ma để tìm lực. Có một công cụ chuyển đổi đo lường tiện dụng ở đây.

Vì vậy, lực tác dụng lên chiếc xe giả định này ở vận tốc 60 dặm / giờ là xấp xỉ 60 pound. Điều này cũng có nghĩa là để chiếc xe có thể đi được 60 dặm / giờ, động cơ phải tạo ra đủ công suất để tạo ra lực 60 pound ở các bánh xe.

Chúng tôi cũng có thể tìm ra công suất này là bao nhiêu. Công suất bằng lực nhân với tốc độ. Vì vậy, tất cả những gì chúng ta phải làm là nhân lực tính bằng niutơn với tốc độ tính bằng mét trên giây, điều này cho chúng ta công suất tính bằng oát.

Tốc độ trung bình trong quá trình chạy thử nghiệm của bạn là 97,5 km / h, tức là 27 mét / giây. Vì vậy, công suất của bạn là 278 N nhân với 27 m / s =7.500 watt hay 7,5 kilowatt, tương ứng với 10 mã lực.

> Nhiều thông tin hơn

Các bài viết liên quan

• Cách hoạt động của Khí động lực học
• Cách hoạt động của Lực, Công suất, Mô men xoắn và Năng lượng
• Cách động cơ ô tô hoạt động
• Cách thức hoạt động của lốp xe
• Cách Phanh hoạt động
• Cách thức hoạt động của thử nghiệm ô tô
• Cách hoạt động của bản thảo NASCAR
• Cách thức hoạt động của khí động học trên ô tô
• Các đường hầm gió giúp điều khiển xe ô tô như thế nào?
• Lực lượng xuống giúp xe đua NASCAR như thế nào?
• Tôi nên lái xe ở tốc độ nào để đạt được hiệu quả sử dụng nhiên liệu tối đa?