Pravděpodobně jste viděli silný pick-up tahající obrovskou hromadu cihel. Vypadá to jako trik. Zdá se, že jde o porušení základních zákonů mechaniky. Ale to není pravda. Funguje to prostě klasická newtonovská fyzika.
Náklaďák o hmotnosti 5 000 liber může táhnout přívěs o hmotnosti 10 000 liber. Matematika se sčítá. Energie z motoru bojuje s gravitací a setrvačností. Není to jednoduché. Váš vůz má problémy od okamžiku, kdy se dá do pohybu. Třetí Newtonův pohybový zákon je přísný. Každá akce má odpovídající reakci stejnou velikostí a opačným směrem.
Abyste pochopili, jak se nákladní automobil pohybuje, musíte pochopit, jak se táhne. Tento proces se rozpadá do tří různých fyzikálních stavů: klid, zrychlení a konstantní rychlost.
Mír proti gravitaci
Když je váš vůz v parku, je v klidu. Nic se nehýbe. To se nestane, protože motor je vypnutý. To se děje, protože síly jsou dokonale vyvážené. Gravitace táhne náklaďák dolů směrem ke středu Země. Země ho tlačí nahoru. Tento tah vzhůru se nazývá normální síla.
Tyto dvě síly se navzájem ruší. Tělo v klidu zůstává v klidu. Toto je první Newtonův zákon. Je tvrdohlavý. Bez překonání této setrvačnosti nemůžete se stojícím nákladním vozidlem pohybovat.
Použití síly k pohybu
Nechceš tam jen tak sedět. Chcete tahat. To vyžaduje použitou sílu. Tento výkon poskytuje váš motor. Vyrábí energii pro otáčení kol. Tato síla tlačí vozík dopředu.
Ale země vás nenechá jen tak se válet. Dochází k tření. Působí rovnoběžně s povrchem země. Tlačí v opačném směru, než je zamýšlený pohyb. Tření odolává zrychlení. Snaží se udržet náklaďák na místě.
Gravitace a normálová síla stále existují. Prostě přestávají být hlavní překážkou. Nyní se musíte vypořádat s třením. Musíte překonat váhu přívěsu. Musíte se vypořádat s odporem vzduchu.
“Síly, které tomu odporují, se setkávají na každém kroku.”
To je realita tažení. Tohle je bitva sil. Váš motor vítězí tím, že produkuje větší sílu, než je součet tření, gravitace a odporu. Pokud neprodukuje dostatek, nehnete se. Pokud ano, zrychlíte.
Fyzika je jednoduchá. Provedení je obtížné. Váš vůz musí být schopen náklad zvládnout. Musíte ovládat ovládání. Zákony pohybu se nestarají o váš náklad. Jde jim pouze o sílu a hmotnost.
Když dosáhnete konstantní rychlosti, síly se opět vyrovnají. Aplikovaná síla se rovná odporu. Přestanete zrychlovat. Prostě se hýbeš. Motor stále běží. Tření stále odolává. Ale vy už nebojujete o start. Snažíte se udržet rychlost.
Je to jednodušší než začít s pohybem. Složitější než setrvačnost. Fyzika tažení je neustálým kompromisem mezi výkonem a odporem.
Když se váš vůz pohybuje, jste vystaveni dvěma typům třecích sil. Statické tření je to, co vaše pneumatiky zažívají, než dosáhnou prahu jízdy. Jakmile se vaše kola začnou otáčet, tento práh je překročen. Pneumatiky nyní čelí kinetickému tření, nebo přesněji v této souvislosti valivého tření. Chcete-li zrychlit, musíte překonat statické tření aplikovanou silou. To neplatí pro valivé tření. Místo toho je cílem zrychlit, dokud se aplikovaná síla nevyrovná síle valivého tření. Když se tyto síly vyrovnají, dosáhnete konstantní rychlosti. Znáte to jako cestovní rychlost. Stačí jet vpřed. Žádné zrychlení. Žádné zpomalení.
Tato fyzika je důležitá kvůli tomu, jak váš motor používá aplikovanou sílu k pohybu auta. Dělá to tak, že produkuje točivý moment. Točivý moment je energie, která otáčí kolem kolem své osy. Síla z motoru je přenášena na kola přes převodovku. Převodovka otáčí hnacím hřídelem. Tento hřídel rozděluje točivý moment na kola.
Točivý moment se liší od energie potřebné k posunutí předmětu po rovném povrchu. Představte si čtvrtdolarovou minci sedící na jejím okraji ve vaší chodbě. Hranu můžete zatlačit prstem a pohybovat jím shora dolů tak, aby se převalil dopředu. Nebo odspodu nahoru, aby se převaloval dozadu. Právě jste použili točivý moment. Zkuste posunout tuto minci dopředu, aniž byste házeli. Tohle nefunguje dobře. Mince sklouzává. Je obtížné ji ovládat. Neefektivní. To je výzva, před kterou se váš vůz potýká pokaždé, když jedete. Pohybujte se vpřed bez uklouznutí.
Vypadá to jednoduše. Sešlápnete plynový pedál. Motor posílá točivý moment na hnací hřídel. Hřídel otáčí hřídelem nápravy. Hřídel nápravy otáčí koly. Pokud ale motor produkuje příliš velký točivý moment, vaše pneumatiky překonají valivé tření vozovky. Klouzají. K ničemu. Možná nebezpečné. Chcete mít jistotu, že vaše pneumatiky nikdy neopustí silnici.
Zní to divně. Ale když se váš vůz pohybuje správně, spodní část pneumatiky zůstává nehybná. Doslova tam, kde se guma stýká se silnicí. Pozice spodního bodu se změní. Každý bod běhounu se během plné rotace dostane na spodní část. Mění se i poloha vůči silnici. Ale gravitace a normálová síla vnímají spodní bod jako stacionární. Nikdy nespouští oči ze silnice.
Co to má tedy společného s odtahem? Mnoho.
Fyzika tažení
Fyzika jednotného systému
Tažení není ve fyzice samostatný problém. Je to rozšíření toho, co dělá váš vůz v pohybu. Když připojíte přívěs, zákony pohybu se nezmění. Prostě se škálují.
Zvažte svůj přenos. Pokud máte pohon všech kol (AWD), točivý moment se posílá na všechna čtyři kola. Všechny se odrážejí od povrchu vozovky. Pokud řídíte náhon na zadní kola, zadní kola tahají a přední kola jednoduše následují. Jsou připevněny k rámu, takže se otáčejí při otáčení zadních kol. Zde záleží na hmotnosti kamionu. Hmotnost by měla být rozložena rovnoměrně. Každé kolo je vystaveno stejnému vertikálnímu zatížení. To znamená, že každá pneumatika unese přibližně jednu čtvrtinu celkové hmotnosti vozidla.
Zde vstupuje do hry koncept normální síly. Gravitace se stahuje dolů. Cesta tlačí nahoru. Síla, kterou na pneumatiku působí vozovka, je úměrná hmotnosti na pneumatiku. Rovnoměrné rozložení znamená stejnou normálovou sílu na všechna čtyři kola. Stejná síla znamená stejné statické tření. Při akceleraci všechny pneumatiky současně překonávají klidový stav. Přecházejí ze statického tření do kinetického tření současně. Točivý moment potřebný k otáčení jednoho kola je přibližně dostatečný k otáčení všech ostatních. Nerovnoměrné rozložení hmotnosti tuto symetrii narušuje. Kola s menší zátěží ztrácejí nejprve trakci. Začnou klouzat. Kroutící moment překoná valivou sílu dříve, než pneumatika může řádně zrychlit.
Trailer jako jeden systém
Přidání upoutávky komplikuje matematiku. Doslova. Nákladní automobil a přívěs se stanou jedním. Fyziku nezajímá, že existuje spojka. Vidí celkovou hmotnost. Celková hmotnost určuje celkové tření.
Rozložení hmotnosti se opět stává kritickým. Správné umístění nákladu zajišťuje, že každé kolo – jak na nákladním vozidle, tak na přívěsu – má při akceleraci podobné prahové hodnoty tření. Pokud máte 5 000 lb. nákladní vůz tahající 10 000 lb. náklad, musí motor vyvinout dostatek točivého momentu k otáčení hnacích kol. Musí překonat valivou sílu na všech pneumatikách. Pokud je statické tření po celé kontaktní ploše stejné, systém jako celek zrychluje. Pokud se váha posune, lehká kola poskakují. Těžká kola se táhnou. Ztrácíte trakci. Ztrácíte kontrolu.
Nosnost a mechanika závěsu
Může 5 000 lb kamion utáhnout přívěs 10 000 lb? Ano. Ale pouze pokud používáte správné vybavení. Viz návod k použití. Uvidíte dvě vlastnosti. ** Nosnost vlastní hmotnosti. Nosnost přívěsu**.
Hmotnostní limity závěsu se obvykle blíží pohotovostní hmotnosti nákladního vozidla. Tažná kapacita je často třikrát větší. jaký je v tom rozdíl? Ve spojce. Standardní kulový kloub nerozkládá váhu. Prostě zavěsí přívěs. Správný závěs pro rozložení hmotnosti přenáší zatížení na nápravy přívěsu a přední nápravu nákladního vozidla. Rozkládá sílu. Vyrovnává normálovou sílu na všech kolech.
Motor pracuje tvrději. Požadavek točivého momentu se zvyšuje. Pokud je však náklad uvnitř přívěsu vyvážený a závěs je správně nastaven, každá pneumatika zažívá stejné statické tření. Motor otáčí hnacími koly. Zbytek kol je následuje. Systém je v pohybu. Bez ohledu na to, zda je prázdný nebo naložený, cíl je stejný. Zajistěte stejné tření. Zajistěte dostatečný krouticí moment. Udržujte svou váhu uprostřed.
“Pokud je hmotnost správně rozložena v rámci přívěsu i tažného vozidla, bude statické tření pro každou pneumatiku stejné.”
To není jen teorie. To je důvod, proč na seriózních tahačích vidíte stabilizátory a ovladače brzd. Proto před opuštěním garáže zkontrolujte váhu na tažném zařízení. Pokud se fyzika zmýlí, budete táhnout mrtvou váhu. Pokud to uděláte správně, celou věc posunete. Silnice se nestará o značení na vašich pneumatikách. Zajímá ji pouze síla, která je tlačí dolů.
