Какие силы действуют на автомобиль в состоянии покоя

Какие силы действуют на автомобиль в состоянии покоя

В том случае, если водитель авто понимает физические законы, он способен обеспечить более безопасное движение машины на проезжей части. Без знания и понимания законов физики довольно сложно грамотно оценивать ситуацию на дороге, правильно организовать сложные маневры и максимально быстро найти верное решение в случае опасности для жизни.

О воздействии силы тяжести на авто

На каждое транспортное средство при его движении воздействуют многие физические силы. Все эти силы делятся на два вида: одни силы содействуют движению машины, другие силы этому движению сопротивляются.

Главной физической силой, воздействующей на авто, является сила тяжести. Устремлена эта сила всегда вертикально вниз, она равномерно сосредоточена по всем колесам и осям транспортного средства. Своим весом автомобиль давит на поверхность дороги, при этом, чем больше вес авто, тем больше сила сцепления его колес с покрытием проезжей части.

Сила тяжести особо сильно действует в начале движения машины с места и при дальнейшем движении ведущих колес автомобиля. Если авто перемещается по наклонной дороге, из силы тяжести образуются 2 другие силы: одна прижимает машину к самой дороге, другая стремится опрокинуть авто в поперечном направлении к проезжей части или по направлению его движения в зависимости от направления уклона. Необходимо знать и учитывать, что более высокий центр тяжести и больший угол наклона автомобиля увеличивают опрокидывающую силу, то есть растет вероятность того, что машина перевернется.

Какие еще силы действуют на авто

Наряду с силой тяжести и силой опрокидывания на автомобиль действуют и многие другие физические силы. Это в первую очередь:

— сила сопротивления качению, возникающая при трении подшипников в колесах и шин о дорогу;

— сила сопротивления воздуха, направленная против движения авто и зависящая от обтекаемости машины и скорости ее движения;

— сила сопротивления подъему, зависящая от массы авто и угла его подъема;

— сила сноса образуется при сносе передних колес и заносе задних;

— сила инерции движения, направленная по ходу перемещения машины;

— центробежная сила, направленная от центра кривой поворота по радиусу и стремящаяся снести авто с дороги;

— сила инерции покоя, направленная против движения, когда машина только трогается и начинает разгоняться;

— сила аэродинамического воздействия потоков воздуха от больших обгоняющих или обгоняемых автомобилей, которая стремится снести авто с дороги;

— подъемная сила появляется при движении авто от возникающего под его передней частью давления воздушного потока, она стремится оторвать колеса машины от дороги, ухудшая при этом их сцепление с дорожным покрытием и управляемость автомобиля;

— сила сцепления находится в зависимости от нагрузки на ведущие колеса авто, состояния и качества дороги, скорости машины, давления в шинах и степени износа протекторов автомобилей;

— сила тяги зависит от величины крутящего момента, который передается на колеса от трансмиссии, она вызывает движение авто путем отталкивания от дороги его колес;

— сила торможения появляется при снижении скорости машины.

Некоторые особенности действия сил на авто

Автомобиль может двигаться только, если сила тяги больше силы инерции покоя, однако меньше силы сцепления ведущих колес машины с дорогой. Если сила тяги превышает силу сцепления, то будет иметь место пробуксовывание.

Не менее важно учитывать и тормозную силу. Когда она больше силы сцепления колес автомобиля, машина начинает тормозить. Если сила торможения меньше силы сцепления, авто скользит «юзом».

Благодаря инерции движения транспортное средство может ехать с большой скоростью и незначительным расходом топлива. Широко используют инерцию движения водители при перемещении авто по наклонной дороге, когда можно отключить на время двигатель машины и двигаться «накатом».

Оказывается содействие силе торможения со стороны сил сопротивления подъему, качению, воздуху. В то же время препятствует торможению автомобиля сила инерции, которая особенно сильна при осуществлении движения с уклона.

При снижении скорости автомобиля и движении с уклона происходит перемещение силы тяжести вперед и формируется продольный опрокидывающий момент. Им создается дополнительная нагрузка на переднюю ось, используемую для улучшения сцепления с дорогой на поворотах при торможении двигателем и поворачивании колес.

Центробежная сила зависит от радиуса поворота, скорости машины, ее веса. Для уменьшения воздействия со стороны этой силы необходимо снизить скорость движения или увеличить радиус поворота.

Источник

Силы, действующие на автомобиль.

Для правильного и безопасного управления автомобилем водители должны знать физические законы его поведения на дороге. Эти знания помогают при правильной оценке конкретной дорожной ситуации выбрать оптимальное решение и, воздействуя на органы управления автомобиля, совершать безопасные маневрирования. Различные силы, воздействующие на автомобиль, заставляют его двигаться и останавливаться. Каждому водителю необходимо знать законы движения автомобиля, понимать их природу, учитывать и использовать их при управлении своим транспортным средством.

Силы, действующие на автомобиль, делятся на две группы. Первая группа оказывает сопротивление движению, вторая – заставляет его двигаться.

1. Сила тяжести – возникает под воздействием силы притяжения Земли и направлена вертикально вниз, распределяясь по всем осям и колесам автомобиля. Фактический вес транспортного средства оказывает давление на дорожное покрытие, и чем он больше, тем больше становится величина силы сцепления колес с дорогой. Эта сила оказывает существенное влияние вначале движения и в дальнейшем его процессе на ведущие колеса автомобиля.

Читайте также:  Нарушает ли водитель красного автомобиля

2. Силы реакции дорожного полотна – возникает из-за сил, действующих со стороны транспортного средства в местах соприкосновения колес с дорогой. Чем больше сила тяжести, действующая со стороны колеса автомобиля на дорожное полотно, тем больше сила ответной реакции со сторноы дороги.

3. Сила тяги всегда направлена в сторону движения автомобиля. Она возникает при передаче крутащего момента от двигателя к ведущим колесам, где они в свою очередь стараются переместить слои дорожного полотна назад. Чем больше крутящий момент двигателя и выше передаточное число коробки передач и главной передачи, чем меньше радиус колеса с учетом деформации шины, тем больше становится тяговая сила. Если величина тяговой силы превышает силы сцепления колес с дорогой, возникает пробуксовка ведущих колес. Поэтому начинать движение на скользкой дороге или по бездорожью, а так же с перевозимым грузом необходимо с включением низшей передачи, когда сила тяги достигает наибольшей велечины.

4. Центробежная сила возникает в момент прохождения поворотов или смещения транспортного средства влево или вправо относительно проезжей части. В эти моменты автомобиль стремиться сохранить первоначально заданное направление движения. Величина этой силы прямо пропорциональна радиусу вхождения в поворот. Направление ее действия – от центра тяжести в противоположную сторону поворота. Так, при вхождении в правый поворот центробежная сила старается отклонить автомобиль влево на встречную полосу, а при прохождении левого поворота – вправо, в сторону обочины. Уменьшить ее значение можно только снижением скорости движения и увеличением радиуса траектории входа в поворот. При неправильной выбранной скорости и радиусе поворота центробежная сила может развернуть автомобиль вокруг его оси, что приведет к заносу, отбросить в сторону и, наконец, перевернуть.

5. Сила сцепления шины с дорожным полотном возникает в процессе движения и зависит от многих факторов:

Водителю необходимо учитывать все эти факторы, так как когда сила тяги на колеса автомобиля превышает силу сцепления с дорожным полотном, может произойти пробуксовка колес, а на скользкой дороге возможны заносы и выход из-под контроля управления автомобиля.

6. Сила сопротивления воздуха направлена в сторону, противоположную движению транспортного средства. Она возникает в процессе движения за счет давления на воздух поверхностями автомобиля, поэтому многое зависит от аэродинамической конструкции формы кузова автомобиля. Эта сила возрастает с увеличением скорости движения.

7.Сила сопротивления каченю возникает в процессе движения при трении шин автомобиля о поверхность дороги, вследствие чего возникают трения в передаточном механизме (в подшипниках колес). Эта сила прямо пропорциональна массе транспортного средства и коэффициенту сопротивления качению. Коэффициент сопротивления качению зависит от состояния дороги и определяется опытным путем. Сила сопротивления качению направлена в сторону, противоположную движению.

Источник

Силы, действующие на автомобиль

Для правильного и безопасного управления любым автомобилем необходимо знать физические законы его поведения на дороге. Эти знания помогают при правильной оценке конкретной дорожной ситуации выбрать оптимальное решение и, воздействуя на органы управления автомобиля, совершать безопасные маневрирования.

Водителю необходимо учитывать все эти факторы, так как когда сила тяги на колеса автомобиля превышает силу сцепления с дорожным полотном, может произойти пробуксовка колес, а на скользкой дороге возможны заносы и выход из-под контроля управления автомобиля.

6. Сила сопротивления воздуха направлена в сторону, противоположную движению транспортного средства. Она возникает в процессе движения за счет давления на воздух поверхностями автомобиля, поэтому многое зависит от аэродинамической конструкции формы кузова автомобиля. Эта сила возрастает с увеличением скорости движения.

Сила сопротивления качению возникает в процессе движения при трении шин автомобиля о поверхность дороги, вследствие чего возникают трения в передаточном механизме (в подшипниках колес). Эта сила прямо пропорциональна массе транспортного средства и коэффициенту сопротивления качению. Коэффициент сопротивления качению зависит от состояния дороги и определяется опытным путем. Сила сопротивления качению направлена в сторону, противоположную движению.

Автомобильные дороги состоят из чередующихся между собой подъемов и спусков и крайне редко имеют горизонтальные участки большой длины. Крутизну подъема характеризуют величиной угла а (в градусах) или величиной уклона дороги t, представляющей собой отношение превышения Н к заложению В (см. рис. 2):

Вес автомобиля G, движущегося на подъеме, можно разложить на две-составляющие силы: G·sinб, направленную параллельно дороге, и G·cosб, перпендикулярную к дороге. Силу G sinб называют силой сопротивления подъему и обозначают Рб.

При движении на спуске сила Ра имеет противоположное направление и действует как движущая сила. Угол а и уклон i считают положительными на подъеме и отрицательными при движении на спуске.

У современных автомобильных дорог нет четко выраженных участков с постоянным уклоном; их продольный профиль имеет плавные очертания. На таких дорогах уклон и сила Р непрерывно меняются в процессе движения автомобиля.

Сопротивление неровностей. Ни одно дорожное покрытие не является абсолютно ровным. Даже новые цементобетонные и асфальтобетонные покрытия имеют неровности высотой до 1 см. Под действием динамических нагрузок неровности быстро увеличиваются, уменьшая скорость автомобиля, сокращая срок его службы и увеличивая расход топлива. Неровности создают дополнительное сопротивление движению.

При попадании колеса в длинную впадину оно ударяется о ее дно и подбрасывается вверх. После сильного удара колесо может отделиться от покрытия и снова удариться (уже с меньшей высоты), совершая затухающие колебания. Переезд через короткие впадины и выступы сопряжен с дополнительной деформацией шины под действием силы, возникающей при ударе о выступ неровности. Таким образом, движение автомобиля по неровностям дороги сопровождается непрерывными ударами колес и колебаниями осей и кузова. В результате происходит дополнительное рассеивание энергии в шине и деталях подвески, достигающее иногда значительных величин. [5]

Читайте также:  Можно мовилем обработать днище автомобиля

Дополнительное сопротивление, вызываемое неровностями дороги, учитывают, условно увеличивая коэффициент сопротивления качению.

Величины коэффициента сопротивления качению f и уклона i в совокупности характеризуют качество дороги. Поэтому часто говорят о силе сопротивления дороги Р, равной сумме сил Рf и Ра:

Выражение, стоящее в скобках, называют коэффициентом сопротивления дороги и обозначают буквой Ф. Тогда сила сопротивления дороги: Р = G (f cosб-f sinб) = G ф.

При движении автомобиля на него оказывает сопротивление и воздушная среда. Затраты мощности на преодоление сопротивления воздуха складываются из следующих величин:

При увеличении скорости движения увеличивается и сопротивление воздуха.

Прицепы вызывают увеличение силы сопротивления воздуха вследствие значительного завихрения воздушных потоков между тягачом и прицепом, а также из-за увеличения наружной поверхности трения. В среднем можно принять, что применение каждого прицепа увеличивает это сопротивление на 25% по сравнению с одиночным автомобилем.

Кроме сил сопротивления дороги и воздуха влияние на движение автомобиля оказывают силы инерции Р. Всякое изменение скорости движения сопровождается преодолением силы инерции, и ее величина тем больше, чем больше вес автомобиля:

Сила инерции изменяется в процессе движения автомобиля в соответствии с изменением ускорения. Для преодоления силы инерции расходуется часть тяговой силы. Однако в тех случаях, когда автомобиль движется накатом после предварительного разгона или при торможении, сила инерции действует по направлению движения автомобиля, выполняя роль движущей силы. Принимая это во внимание, некоторые труднопроходимые участки пути можно преодолевать с предварительным разгоном автомобиля.

Величина силы сопротивления разгону зависит от ускорения движения. Чем быстрее разгоняется автомобиль, тем большей становится эта сила. Ее величина меняется даже при трогании с места. Если автомобиль трогается плавно, то сила эта почти отсутствует, а при резком трогании она может даже превысить тяговую силу. Это приведет или к остановке автомобиля, или к буксованию колес (в случае недостаточной величины коэффициента сцепления).

В сложных дорожных условиях может случиться так, что сумма всех сил сопротивления превысит тяговую силу, тогда движение автомобиля будет замедленным и он может остановиться, если водитель не примет необходимых мер.

Источник

Силы действующие на автомобиль

В механике чаще всего приходится иметь дело с силами различной величины, действующими в различных направлениях. Силы принято обозначать на схемах стрелками и буквами, причем направление стрелок должно совпадать с направлением действия силы, а длины всех стрелок должны быть выдержаны в одном масштабе пропорционально величинам сил. Начало («хвост») стрелки устанавливают в точке приложения силы.

Рис. Силы, действующие на автомобиль, изображают стрелками.

Приведем простой пример: на кузов автомобиля действуют две силы — сила сопротивления воздуха и сила ветра, дующего под углом 90° к продольной оси (и направлению движения) автомобиля. Скорость автомобиля (т. е. встречного движения воздуха) 30 метров в секунду (30 м/сек), или 108 километров в час (км/час), скорость ветра 10 м/сек, или 36 км/час. Величины сил лобового сопротивления и бокового ветра примерно пропорциональны квадратам скорости, так что можно изобразить стрелки длиной 30^2 = 900 или 90 мм и 10^2 = 100 или 10 мм, приложенные в точке центра тяжести автомобиля.

Вообще же величины сил измеряют в килограммах (сокращенно кг).

Практически, действие силы или нескольких сил на тело приводит к началу движения (перемещения) неподвижного тела, к изменению направления и скорости движения тела или к давлению одного тела на другое, если одно из них препятствует перемещению другого.

Попутно отметим, что давление измеряют в килограммах (кг), приходящихся на 1 квадратный сантиметр (см2). Если нагрузка, действующая на одно колесо автомобиля, равна 300 кг, а поверхность соприкасающейся с дорогой части шины (отпечатка шины) равна 150 см2, то давление составляет 300:150 = 2 кг/см2 (удельное давление шины на грунт).

Рис. Нагрузка, приходящаяся на колесо, распределяется по поверхности отпечатки шины.

На тело, например на автомобиль, могут действовать несколько сил. Совокупность нескольких сил, одновременно действующих на тело, называется системой сил. Эти несколько сил можно суммировать (сложить), чтобы выявить равнодействующую (или результирующую) силу. Если силы действуют в одном направлении и приложены в одной точке, их равнодействующая приложена в той же точке, направлена в ту же сторону и равна по величине сумме составляющих сил.

Рис. Впадина дороги. Сила тяжести и центробежная сила действуют в одном направлении и складываются.

Рис. Перекат дороги. Центробежная сила противодействует силе тяжести.

Например, при прохождении автомобилем впадины дороги сила тяжести Ga и центробежная сила Zц, приложенные в точке центра тяжести, дают равнодействующую R = Ga + Zц. Если силы направлены в противоположные стороны (прохождение выпуклого места дороги), равнодействующая равна их разности, приложена опять в точке центра тяжести и направлена в сторону большей силы. Если противодействующие силы равны, тело находится в покое или в установившемся движении, так как равнодействующая равна нулю.

Рис. При сложении сил ветра и давления встречного воздуха равнодействующая направлена по диагонали параллелограмма этих сил.

Возвратимся к примеру с боковым ветром. Здесь действуют две силы в разных направлениях, приложенные к одной точке. Сложение таких сил отличается от сложения сил, направленных в одну или в противоположные стороны. Равнодействующая сил встречного воздуха и бокового ветра направлена по диагонали параллелограмма, сторонами которого являются составляющие силы, и равна длине этой диагонали (т. е. в данном примере R = корень_из_(10:2 + 90:2) = 90,5).

Читайте также:  Прокат автомобилей на праздник

Можно складывать силы встречного воздуха и бокового ветра, дующего под различными углами к продольной оси автомобиля.

Рис. Складывая веса, приходящиеся на передние и задние колеса, можно получить вес автомобиля.

Бывают случаи, когда на тело (автомобиль) действуют две параллельные силы, приложенные в разных точках (например, нагрузка на передние и задние колеса автомобиля). Равнодействующая равна их сумме, направлена параллельно в ту же сторону, а точка приложения ее находится на линии, соединяющей точки приложения двух составляющих сил, причем расстояния от точки приложения равнодействующей силы до точек приложения составляющих обратно пропорциональны величинам составляющих сил. Приведем пример: база автомобиля равна 3000 мм, на передние колеса приходится 1200 кг, или 30% нагрузки, на задние — 2800 кг, или 70%; отсюда найдем, что величина равнодействующей силы составляет 4000 кг и эта сила приложена в точке, находящейся на расстоянии (70*3000)/100 = 2100 мм от передней оси и (30*3000)/100 = 900 мм от задней. Отметим, что в данном случае равнодействующая сила является пол-
ным весом автомобиля.

Если приложенные к телу силы направлены в разные стороны, равнодействующая равна разности этих сил и направлена в сторону большей силы, а точка ее приложения лежит на продолжении прямой, проходящей через точки приложения составляющих сил, за большей силой. Расстояния от равнодействующей до составляющих сил обратно пропорцион-альны величинам этих сил.

Рис. На концы оси действуют силы, направленные в разные стороны. Их равнодействующая показана справа (слева по ходу автомобиля).

Возьмем в качестве примера такой случай: левое колесо во время движения автомобиля попадает на бугор, а правое — в выбоину. На концы оси действуют противоположно направленные силы; в зависимости от величины неровностей, скорости движения и т. д., силы могут быть разными. Допустим, что действующая на левое колесо сила в 10 раз больше действующей на правое (В = А:10); колея автомобиля равна 1400 мм. Равнодействующая сила равна А — 1/10А = 9/10А. Расстояние Х от этой силы до большей силы вычисляем из пропорции:

Х / (Х + 1400) = А/10А;
10х = х + 1400,
х = 155 мм.

Рис. Силу тяжести автомобиля на косогоре можно разложить на две, направленные параллельно и перпендикулярно поверхности дороги.

Отсюда расстояние от равнодействующей до меньшей силы равно 1555 мм.

Силы можно (и бывает нужно) не только складывать, но и раскладывать. Разложение одной силы на две обычно приходится производить в том случае, когда нужно узнать, какие части известной силы действуют в заданных направлениях.

Рис. Сила тяжести (вес автомобиля) раскладывается на две силы, действующие на передние и задние колеса.

Например, нужно узнать, какая часть силы тяжести, приложенной к центру тяжести находящегося на косогоре автомобиля, направлена вбок и какая перпендикулярно поверхности дороги. Поскольку разложение силы является действием, обратным сложению, принимаем данную силу за диагональ параллелограмма и из точки приложения силы проводим две линии в заданных направлениях, а из вершины силы проводим линии, параллельные проведенным ранее. В результате получаем параллелограмм, стороны которого и являются искомыми силами.

Рис. Крутящий момент возникает от силы давления газов, переданной через поршень и шатун и приложенной на плече, равном радиусу кривошипа.

Разложение силы на параллельные также происходит в порядке, обратном сложению. Нужно лишь знать расстояние отданной силы до ее предполагаемых составляющих (или задаться этими расстояниями). Если вес автомобиля равен 2 т, а центр тяжести расположен посередине базы, т. е. расстояния от заданной силы тяжести (2 т) до передней и задней осей автомобиля равны, то на каждую ось приходится половина веса автомобиля — 1 т. Каждая составляющая сила равна половине данной силы. Если центр тяжести сдвинут от середины базы и расположен, например, на расстоянии 1/3 базы от задней оси, составляющие силы, равные в сумме данной, обратно пропорциональны расстояниям от осей до центра тяжести, т. е. на задние колеса придется 2/3 веса автомобиля, на передние — 1/3.

Рис. Реакция дороги равна силе тяжести (весу), приходящейся на колесо.

Но возможны положения, когда силы или сила вызывают поворот или вращение тела. Такое положение возникает, например, когда противодействующие параллельные силы равны, а их равнодействующей не существует — она равна нулю. Систему таких сил называют парой сил, расстояние между ними — плечом пары, а произведение одной из сил на плечо — моментом пары. Момент измеряют в килограммометрах (кгм), так как в произведение входит сила, измеренная в кг, и плечо, измеренное в м. Подобное положение имеется и в случае, когда одна сила действует на тело, закрепленное в какой-либо точке. Момент силы тогда является произведением силы на кратчайшее расстояние (плечо) от линии действия силы до неподвижной точки. Этот момент вызывает вращение тела или его скручивание, поэтому его называют крутящим моментом или вращающим моментом.

Источник

Поделиться с друзьями
Практические советы по железу и огороду