Знакомьтесь - автомобиль - Иван Максимович Серяков
Современные автомобили делаются обтекаемой формы. На верхнем рисунке вы видите старый М-1 со множеством выступов на кузове, а внизу – легковой автомобиль «Москвич-407». В нижней части изображен гоночный автомобиль с обтекаемым кузовом.
Человек высокого роста, с широкой одеждой, развитой грудной клеткой встретит гораздо больше сопротивления, чем подросток среднего телосложения. Но мы движемся с небольшой скоростью. Другое дело автомобиль: он может за час преодолеть расстояние в сто, полтораста и больше километров. Вот здесь-то сопротивление воздуха даст о себе знать.
Автомобиль движется со скоростью 100-120 километров в час. Высуньте из кузова руку, и вы сразу же почувствуете силу, с которой воздух будет давить на нее.
При движении автомобиля со скоростью семьдесят километров в час около половины мощности ему приходится затрачивать на преодоление сопротивления воздуха.
При увеличении скорости движения автомобиля сопротивление возрастает гораздо больше, чем сама скорость. Если скорость увеличится в два раза, то сопротивление возрастет в четыре; если скорость возрастет в три раза, то сопротивление увеличится в девять раз. Много лет назад инженеры объявили войну сопротивлению воздуха. Почему грузовик поднял густую тучу пыли, а легковая машина легкую пелену?
Обратите внимание на форму грузового автомобиля: у него много выступающих частей, лобовая поверхность («грудная клетка») большая. Посмотрите на очертания легковой машины: ее линии плавны, сама она приземиста. Встречный воздух бьет по выступающим частям кузова грузовика, создается настоящий воздушный «водоворот».
Вы едете на лодке, перед ее носом – волна, а за кормой – углубление. Чем быстрее движется лодка, тем больше волна спереди, тем глубже впадина за кормой. Нос лодки врезается в воду, рассекает слои ее, волны скользят по бортам, смыкаются за кормой, оставляя яму – впадину. Нечто подобное происходит и с автомобилем.
Потоки воздуха, ударяясь о переднюю часть его, обтекают кузов и сходятся сзади. Разрежение, образуемое сзади, как бы втягивает автомобиль, мешает ему двигаться вперед. Воздух в этом месте завихряется, автомобиль, двигаясь по дороге, поднимает вихревые тучи пыли. Чем больше выступов на поверхности автомобиля, тем больше сопротивление воздуха, больше завихрение его.
Кузова автомобилей делают обтекаемой формы, поверхность их хорошо обрабатывается, выступающие части «прячут». Задняя часть кузова обычно оканчивается хвостом – уменьшается завихрение. Легковая машина встречает меньшее сопротивление.
Сопротивление качению колес и воздуха – основные препятствия, которые надо преодолеть автомобилю. Но есть еще и другие. «Под гору – без хомута, а на гору в три кнута», – говорят в народе.
Когда автомобиль поднимается в гору, он испытывает дополнительное сопротивление: к силам сопротивления качению и воздуха прибавляются еще и силы тяжести автомобиля.
Автомобиль никогда не движется с одинаковой скоростью: он то увеличивает ее, то уменьшает. И каждый раз, когда изменяются скорости, возникают силы инерции. Силы инерции автомобиля так же надо преодолеть.
Все эти сопротивления относятся к внешним, есть еще и другие, внутренние. Это сопротивления внутри механизмов автомобиля. Ведь детали их вращаются, скользят друг по другу, между ними происходит трение. На это тоже надо затрачивать мощность. Лишь только тогда, когда все эти препятствия будут преодолены, останутся позади, автомобиль получит возможность двигаться.
Автомобилю нужна точка опоры
Без двигателя даже самый совершенный автомобиль «ни шагу» не сделает. Разве только кто-нибудь его толкнет. Но чтобы автомобиль мог работать, недостаточно иметь только источник энергии и ходовую часть. Нужно соблюсти еще некоторые дополнительные условия.
Рассказывают, что сиракузский мудрец физик Архимед, открыв действие рычага, сказал: «Дай мне, где встать, и я сдвину Землю». Сейчас в вольном переводе это изречение часто звучит так: «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир». Чтобы наш автомобиль мог двигаться, он должен где-то «встать», на что-то опереться. Автомобиль нуждается в точке опоры, от которой можно отталкиваться.
Нам часто приходится взбираться на крутой подъем дороги или спускаться вниз. Если дорога сухая, твердая, мы уверенно шагаем, поднимаемся все выше и выше. А если гололед или мокрая глина? Тогда ноги скользят, не находят точки опоры. Так легко можно и упасть, растянуться прямо на дороге.
Почему в первом случае так легко нам было взобраться на гору? Потому что ноги хорошо сцеплялись с дорогой, находили точку опоры. Во втором случае ноги не сцеплялись с дорогой, скользили по ней.
Для движения автомобиля надо, чтобы колеса его хорошо сцеплялись с дорогой. Вспомним известный закон механики: действию всегда соответствует равное ему и противоположно направленное противодействие. Двигаясь, мы тоже взаимодействуем с дорогой.
Когда мы идем, мы толкаем ногой дорогу назад, стараемся как бы сдвинуть ее с места. Дорога с такой же силой «толкает» нас вперед. Столкнуть, сдвинуть дорогу назад мы не можем, и поэтому дорога толкает нас вперед, и мы продвигаемся. Если бы смогли оттолкнуть ее назад, то тогда бы мы не сделали ни одного шага вперед – «бежали» бы на одном месте. Раньше по этому принципу строились конные приводы.
Лошадь шагает по кругу, упирается в него ногами, круг уходит из-под ног, вращается, а лошадь, стоя на месте, все время шагает. Но попробуйте затормозить круг так, чтобы он не сдвинулся с места, тогда пойдет лошадь. Когда автомобиль движется, его колеса, вращаясь, упираются в дорогу, толкают ее назад. Но она не уходит, толкает автомобиль вперед. Это непременное условие движения.
Но вот автомобиль попал на мягкий грунт. Колеса вращаются, двигатель надрывно гудит, из-под колес летят комья земли, они все больше и больше зарываются в землю, а автомобиль ни с места.
Опытный водитель, как только это случится, сразу же подложит под колеса ветки или доску, и тогда они сцепятся с дорогой, и машина двинется вперед. Автомобиль нашел точку опоры, колеса сцепились с дорогой, и движение обеспечено.
Отчего же зависит сцепление автомобиля с дорогой? Прежде всего от сцепного веса автомобиля. А что это такое – сцепной вес? Каждый автомобиль имеет вес, который через колеса передается дороге. Автомобиль давит на колеса, но с неодинаковой силой. В легковых автомобилях вес распределяется между передними и задними колесами примерно поровну, а в грузовых около 2/3 приходится на задние колеса, если автомобили нагружены.
Те колеса, с помощью которых автомобиль отталкивается от дороги, называются ведущими. Обычно – это задние колеса. Сцепным весом называется та часть веса автомобиля, которая приходится на ведущие колеса. Бывают машины, у которых ведущими колесами являются передние и задние. Сцепным весом в этом случае будет весь вес автомобиля.
Сцепление автомобиля с дорогой зависит и от других причин. Хорошие новые шины с четким рисунком повышают сцепление. Сухой асфальт, бетон, щебенка также создают хорошее сцепление, а мокрый асфальт, снег, гололед – ухудшают
