픽업 트럭이 엄청난 양의 벽돌을 견인하는 모습을 놀라움 속에 본 적이 있습니까? "와, 물리 법칙을 무시하는군요!"라고 생각했다면 당신은 틀릴 것입니다.
믿거나 말거나 물리 법칙(또는 더 구체적으로 말하면 운동 법칙)은 실제로 5,000파운드(2,268kg) 트럭이 10,000파운드(4,536kg) 하중을 견인할 수 있도록 허용합니다. 이것은 트럭의 엔진이 가하는 에너지와 중력 사이의 상호작용의 일부입니다. 그러나 이것은 작은 일이 아닙니다. 뉴턴의 운동 제3법칙을 기억한다면 트럭이 움직이기 시작하는 순간부터 모든 단계에서 트럭을 반대하는 힘이 있다는 것을 알 것입니다.
운전 물리학을 이해하면 견인 물리학을 이해합니다. 실제로 프로세스를 보는 매우 간단한 방법이 있습니다.
주행 및 견인과 관련하여 트럭이 진입할 수 있는 세 가지 상태(휴식, 가속 및 등속)가 있습니다. 트럭의 변속기가 주차되어 있고 트럭이 움직이지 않으면 정지된 것으로 간주됩니다. 중력은 지구의 중심을 향해 아래쪽으로 밀고 지구에서 위쪽으로 밀림(수직력 ) 트럭을 정지 상태로 유지하기 위해 서로 반대합니다. 당신의 트럭은 그대로 있을 것입니다 -- 결국, 정지해 있는 물체는 정지해 있는 경향이 있습니다.
그러나 당신은 쉬고 싶지 않고 견인하고 싶어합니다. 이것은 적용된 힘을 통해 이러한 휴식 경향을 극복해야 함을 의미합니다. . 다행스럽게도 트럭에는 에너지를 생산할 수 있는 엔진이 있어 이동에 필요한 힘으로 작용합니다. 반대 방향의 수직 및 중력이 여전히 남아 있는 동안 가속하려면 마찰력을 처리해야 합니다. 이러한 힘은 위아래가 아니라 지면과 평행하게 존재하며 이동하려는 방향의 반대 방향으로 밀어줍니다. 물리학적으로는 휴식을 취할 수 없습니까?
지금까지 우리와 함께? 좋은. 견인 물리학에 대해 자세히 알아보려면 계속 읽으십시오.
트럭을 운전할 때 두 가지 종류의 마찰력이 작용합니다. 정적 마찰 타이어가 움직임 임계값에 도달하기 전에 직면하게 될 마찰입니다. . 바퀴가 움직이기 시작하면 움직임의 한계를 넘어 타이어가 이제 운동 마찰을 처리해야 합니다. -- 또는 바퀴의 경우 구름 마찰 . 가속하기 위해서는 가해진 힘으로 정지마찰을 극복해야 하지만 구름마찰은 그렇지 않다. 대신, 가해진 힘이 타이어에 가해지는 구름 마찰의 양과 같아질 때까지 가속하는 것이 목표입니다. 적용된 힘의 양이 구름 마찰의 양과 일치하면 등속점에 도달한 것입니다. 순항 속도라고 하면 속도를 높이거나 낮추지 않고 그저 즐겁게 여행하는 것입니다.
이 모든 물리 이야기는 자동차가 트럭을 도로 아래로 추진하기 위해 엔진에서 적용된 힘을 사용하는 방식이 아니라면 별 의미가 없을 것입니다. 이는 토크를 생성하여 수행합니다. , 이는 축에서 바퀴를 회전시키는 에너지입니다. 엔진에 의해 생성된 가해진 힘은 변속기를 통해 트럭의 바퀴에 분배되고, 변속기는 구동축을 회전시키고 토크를 바퀴에 분배합니다.
토크는 수평면을 따라 무언가를 움직이는 데 필요한 에너지와 다릅니다. 다음과 같이 생각하십시오. 복도를 굴러 내려가려는 가장자리에 1/4이 있다고 가정해 보겠습니다. 손가락으로 가장자리를 위에서 아래로 눌러 앞으로 움직이거나 아래에서 위로 움직여 뒤로 굴릴 수 있습니다. 방금 토크를 적용했습니다. 이제 롤링하지 않고 분기를 앞으로 이동하십시오. 잘 작동하지 않죠? 쿼터는 표면을 따라 미끄러지기 때문에 제어하기가 어렵습니다. 이동하는 데 그다지 효율적인 방법이 아닙니다. 운전할 때마다 트럭이 직면하는 과제는 미끄러지지 않고 전진하는 것입니다.
충분히 간단해 보입니다. 가속 페달을 밟으면 엔진이 회전하는 구동축에 토크를 분배하여 차축과 바퀴를 회전시킵니다. 그러나 엔진이 너무 많은 토크를 생성하면 타이어가 도로에서 만나는 구름 마찰을 극복하고 쓸데없이(그리고 위험할 수도 있음) 미끄러질 것입니다. 당신이 원하는 것은 타이어가 도로를 떠나지 않는 것입니다.
약간 이상하게 들리지만 트럭이 적절하게 주행할 때 타이어 바닥(말 그대로 고무가 도로와 만나는 지점)은 정지 상태를 유지합니다. 타이어 바닥을 구성하는 요소는 트레드의 모든 지점이 완전히 회전할 때 타이어 바닥 역할을 할 기회가 있기 때문에 변경됩니다. 도로를 기준으로 타이어 바닥의 위치도 마찬가지입니다. 그러나 중력과 수직력에 관한 한 타이어 바닥은 도로를 떠나지 않기 때문에 정지합니다.
이 모든 것이 견인과 무슨 관련이 있습니까? 풍부한. 다음 페이지에서 우리가 의미하는 바를 알게 될 것입니다.
물리학이 트럭을 원활하게 움직이는 방법에 대해 방금 배운 모든 내용을 견인에 적용할 수 있습니다.
전륜구동이라면 4개의 타이어가 모두 구동축에 연결되어 있어 타이어를 움직이기 위한 토크를 받습니다. 후륜구동 또는 전륜구동만 있는 경우 두려워하지 마십시오. 구동륜에 분배된 토크로 인해 함께 주행하는 바퀴도 함께 움직이게 됩니다. 트럭에 연결되어 있기 때문에 이 바퀴는 구동 바퀴가 움직이기 시작할 때 움직입니다. 무게는 트럭 전체에 고르게 분산되어야 합니다. 즉, 구동축에 연결되어 있는지 여부에 관계없이 각 바퀴가 동일한 문제에 직면해야 합니다.
타이어는 고무가 노면과 만나는 곳이기 때문에, 더 나아가 트럭을 아래쪽으로 누르는 중력의 힘이 트럭을 위로 미는 정상적인 힘과 만나는 지점이기 때문에 여기에 무게가 분산됩니다. 무게가 고르게 분포되면 수직력은 트럭의 질량에 비례하기 때문에 부딪히는 법선력도 고르게 분포됩니다. 이것은 각 타이어가 받는 수직력이 트럭 질량의 약 1/4임을 의미합니다. 이러한 균등한 힘 분포는 정지 위치에서 가속 및 최종적으로 일정한 속도로 이동할 때 각 타이어가 직면하는 동일한 양의 정적 및 운동적 힘으로 이어집니다. 따라서 한 바퀴를 움직일 수 있을 만큼의 토크는 바퀴를 모두 움직일 것입니다. 트럭의 무게가 균등하게 분배되지 않으면 더 적은 무게를 지지하는 타이어가 받는 토크가 도로에서 만나는 구름 마찰과 같지 않고 극복됨에 따라 미끄러지거나 미끄러집니다.
트레일러를 견인할 때 타이어를 2개 또는 4개 더 추가하는 경우와 마찬가지로 트럭의 타이어 4개도 마찬가지입니다. 물리학 법칙에 관한 한 트레일러가 트럭에 연결되면 단일 장치로 간주되기 때문입니다. 트럭의 질량과 트레일러의 질량은 결합된 질량을 공유합니다. 이것은 무게 분포가 여전히 중요하다는 것을 의미합니다. 적절하게 분배되면 타이어가 4개, 6개, 8개 또는 50개이든 상관없이 임계값을 넘어 가속할 때 동일한 양의 마찰에 직면하게 됩니다.
그렇다면 5,000파운드 트럭이 10,000파운드의 화물을 어떻게 견인할 수 있습니까? 짧은 대답은 올바른 종류의 장애가 없으면 할 수 없다는 것입니다. 트럭의 사용 설명서를 참조하면 트럭에 두 가지 견인 능력이 있음을 알 수 있습니다. 하나는 자중용이고 다른 하나는 견인 중량용입니다. 또한 고정 중량 한계는 트럭과 거의 같은 중량이지만 견인 중량 용량은 약 3배 더 높다는 것을 알 수 있습니다. 그 이유는 견인 중량 용량에는 트레일러의 무게를 트레일러와 트럭의 바퀴 사이에 분산시키는 특별한 히치가 필요하기 때문입니다.
트레일러의 추가된 중량은 코치가 방해받지 않고 이동할 때 필요한 것보다 더 많은 토크를 생성하기 위해 코치 차량의 엔진이 더 열심히 일할 것을 요구합니다. 그러나 무게가 트레일러와 코치 차량 모두에 적절하게 분배되면 각 타이어의 정지 마찰은 동일합니다. 따라서 도로를 따라 이동하는 5,000파운드 무게의 트럭이든, 10,000파운드의 하중을 견인하는 트럭이든, 엔진이 도로의 롤링 마찰을 극복하지 않고 구동 바퀴를 회전시키기에 충분한 토크를 생성할 수 있는 한, 다른 모든 바퀴는 팔로우하세요.
견인 및 기타 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지를 참조하십시오.
감사 해요William Skocpol 박사와 Craig Freudenrich, Ph.D.에게 특별히 감사드립니다. 이 기사에 도움을 주셔서 감사합니다!
