Что такое квадрат скорости автомобиля

На вираже дороги

При движении на автомобиль действуют всевозможные силы, различные по величине и направлению – сила тяжести и сила реакции грунта, сила тяги и сопротивления качению колес, сила инерции, сила сопротивления воздуха и т.д.

На вираже дороги к существующим силам добавляется еще и центробежная сила. Именно она заставляет машины опрокидываться и «вылетать» на обочину.

Центробежная сила

Если взять теннисный мячик, привязать к нему резинку и раскручивать над головой, то по мере увеличения скорости вращения резинка будет растягиваться все больше и больше. Это работает центробежная сила. Она стремится порвать резинку и отбросить мячик подальше от Вас (от центра поворота).

С автомобилем происходит то же самое. Центробежная сила на вираже дороги пытается «отбросить» автомобиль от центра поворота на обочину. И зачастую это ей удается!

К счастью, вестибулярный аппарат человека прекрасно воспринимает радиальные ускорения. Прислушиваясь к своим ощущениям, водитель в состоянии определить критическую скорость движения на повороте, превышение которой может привести к боковому скольжению или опрокидыванию автомобиля.

Вместе с тем, Вы должны знать и учитывать то, что центробежная сила находится в квадратичной зависимости от скорости движения! Увеличение скорости в 2 раза приводит к увеличению центробежной силы в 4 раза!

Следовательно, если Вы хотите существенно уменьшить центробежную силу, то во время прохождения поворота Вам следует хотя бы немного снизить скорость движения. И наоборот, чтобы перевернуться, достаточно лишь немного прибавить «газу», и центробежная сила быстро вырастает до той величины, которая позволяет ей «выбросить» машину на обочину.

Экспериментируя с критической скоростью на вираже дороги, нельзя забывать о траектории движения. Выбирать траекторию прохождения поворота следует с учетом возможного смещения, то есть немного ближе к центру поворота, чтобы у Вас оставался некоторый запас расстояния до обочины (рис. 61). Если центробежная сила достигнет опасной величины и Вам не захочется переворачиваться, то Вы всегда сможете ослабить эту силу, сместившись чуть дальше от центра поворота.

Рис. 61. Смещение автомобиля на повороте

Центр тяжести

Как Вы думаете, какой автомобиль будет более устойчивым против опрокидывания на повороте – груженый или порожний?

Сомневаетесь в ответе? Тогда представьте себе такую картину. В крутой поворот на большой скорости входят две машины – одна с огромным холодильником на крыше (рис. 62 б), другая вообще без верхнего багажника (рис. 62 а). В какой машине Вам будет легче перевернуться?

Правильно, в той, что с холодильником. Вот видите, даже не находясь за рулем, Вы уже можете находить правильные решения. Для этого надо лишь представить себе ситуацию и прислушаться к своим ощущениям.

Рис. 62. Центр тяжести легкового автомобиля: а) без груза; б) с грузом

А как доказать, что груженый автомобиль менее устойчив против опрокидывания по сравнению с порожним?

Да очень просто. Центробежная сила всегда имеет точку приложения, и точкой этой является центр тяжести автомобиля.

У порожнего легкового автомобиля центр тяжести находится где-то между передними сиденьями на уровне пола салона (рис. 62 а). В машине с пассажирами суммарный центр тяжести хоть и немного, но все же будет выше.

А если на крышу машины и в правду водрузить нечто типа холодильника? Тогда центр тяжести переместится вверх от днища кузова на значительное расстояние и окажется намного выше, чем у порожнего автомобиля (рис. 62 б).

Дальше остается вспомнить школьные опыты на уроках начальной физики либо просто поиграть со спичечным коробком. Попробуйте уронить вертикально стоящий коробок, толкая его спичкой в узкое ребро внизу, по центру и в самом верху. Очень быстро Вы убедитесь в том, что: Чем выше точка приложения усилия, тем легче уронить предмет.

Поскольку точкой приложения центробежной силы является центр тяжести предмета, то, применительно к машине на вираже дороги, приходим к следующему выводу: Чем выше расположен центр тяжести автомобиля, тем легче его опрокинуть.

Теперь давайте сделаем окончательные выводы по этой главе:

Источник

Почему с ростом скорости, тормозной путь увеличивается не пропорционально?

Почему тормозной путь увеличивается больше, чем растет скорость движения автомобиля?

Ваша интуиция подсказывает вам, что тормозной путь со 130 км/ч должен увеличиться на 33.3%. Не верьте своим домыслам, ваша интуиция смертельно ошибается.

Смотрите также: Почему снижение скорости в городах не панацея от травматизма пешеходов?

Давайте проведем эксперимент. Представьте, что вы читаете брошюру о новом супер-спортивном автомобиле, который вы хотите в скором времени приобрести. Продавец нахваливает свой товар на разные лады, не забыв при этом упомянуть, что на автомобиле стоят лучшие в мире тормоза. Эксперименты, мол, доказывают, что снижение скорости при экстренном торможении со 100 км/ч происходит настолько быстро, что достаточно каких-то 18 метров на сухом асфальте.

А теперь, внимание, вопрос: какая дистанция при равных условиях потребуется автомобилю при экстренном торможении со скорости 130 км/ч?

Если вы посчитали, что тормозной путь составит 24-25 метров, вы значительно ошиблись и не знаете или просто забыли одну каверзную физическую данность, о которой каждый автомобилист должен знать всегда, если он хочет прожить долгую и счастливую жизнь.

Напомним этот аспект. Видите ли, если вы ошиблись в вычислении, значит вы посчитали, что тормозной путь будет увеличиваться пропорционально росту скорости. 130 км/ч на 1/3 превышает скорость в 100 км/ч, значит и тормозной путь должен отличаться на треть… Так ведь было?

На самом деле этот подсчёт не имеет никакого отношения к реальности. Обратимся к официальным данным тормозного пути McLaren 720S. Эта спортивная модель обладает достаточно качественными тормозными механизмами, поэтому пример эксперимента должен получится показательным.

Итак, тормозной путь со 100 км/ч составляет 33 метра. Результат очень неплох. Прибавляем 30 км/ч. При торможении со 130 км/ч дистанция до полной остановки оказалась… 54 метра! Практически в два раза больше. И практически на 46% больше по отношению к 33.3-процентному увеличению скорости. Что за чудеса?

Взгляните на тормозной путь любого автомобиля, нового или старого, быстрого или медленного. Не имеет значения, стоят ли у него гигантские карбон-керамические тормоза, самая современная в мире ABS или самые липкие шины, известные человечеству. Тормозной путь каждого автомобиля со 130 до 0 км/ч будет минимум на 75% длиннее, чем при остановке со схожей интенсивности со скорости в 100 км/ч.

Причина? В физике. Тормозной путь измеряет то, как транспортное средство превращает кинетическую энергию (движение вперед) в тепловую энергию (тепло, отдаваемое тормозами в окружающую среду). Тормозной путь пропорционален кинетической энергии, которую надо погасить работой силы трения. Энергия пропорциональна квадрату скорости.

Базовая формула гласит, что длина тормозного пути увеличивается прямо пропорционально квадрату скорости.

Более наглядно ситуация разобрана в следующем видео. Поскольку видеоролик англоязычный, выделим и переведем некоторые основные моменты.

1.Два автомобиля движутся по дороге. Синяя машина на скорости 70 миль в час, красная 100 миль в час.

2.Внезапно перед машинами падает дерево. По условиям задачки, оба водителя начинают тормозить одновременно, с одинаковым усилием.

3.Синий автомобиль успевает остановиться, красная машина врезается в дерево.

Вопрос звучит следующим образом: «На какой скорости произойдет столкновение красного автомобиля с деревом?» Ответ: «На 71 мили в час!» То есть автомобиль, который ехал всего на 30 миль в час быстрее не успеет сбросить скорость даже до того показателя, с которого начало торможение синие авто.

Подробнее объяснение начинается с 4 минуты видео. Если вы хотите ничего не пропустить, советуем вам включить субтитры и нажав в «Настройки» перевод субтитров на русский продолжить изучение темы. Впрочем, «технари» легко поймут формулы и без перевода.

Подумайте об этом в следующий раз, когда мчитесь по трассе или по загородной пустой дороге. По мере увеличения скорости ваш тормозной путь будет увеличиваться на квадрат скорости движения. Это осознание изменит многое в правильности вашего восприятия опасности или понимания ложной безопасности при движении по дороге на скорости.

Источник

Тема 26.5. Что такое занос автомобиля, и как с ним бороться.

Теперь пойдут задачки посерьёзнее. Авторы Билетов хотят выяснить, знаете ли вы, какие силы могут действовать на автомобиль в процессе движения, что такое занос автомобиля, как в него не попасть и как из него выбраться, если уж занос случился.

На сухой дороге колёса надёжно держатся за дорожное покрытие, и центробежная сила не может снести автомобиль.

Но зато может его перевернуть!

И вот, что ещё важно знать водителю. Самое низкое расположение центра тяжести – у пустого автомобиля. При полной нагрузке (с грузом в багажнике и пассажирами в салоне) расположение центра тяжести существенно увеличивается.

А центробежная сила как раз и приложена к центру тяжести автомобиля, и при прохождении поворота это необходимо учитывать.

С грузом и пассажирами вероятность опрокинуться выше!

Легковой автомобиль более устойчив против опрокидывания на повороте:

1. Без пассажиров и груза.

2. Без пассажиров, но с грузом на верхнем багажнике.

3. С пассажирами, но без груза.

4. С пассажирами и грузом.

А теперь вспоминаем курс школьной физики:

Центробежная сила прямопропорциональна массе автомобиля, прямопропорциональна квадрату скорости и обратно пропорциональна радиусу поворота.

Если скорость увеличить в два раза, центробежная сила увеличится в четыре раза.

И наоборот, если скорость уменьшить в три раза, центробежная сила станет меньше в девять раз!

С увеличением скорости движения на повороте величина центробежной силы:

2. Увеличивается пропорционально скорости.

3. Увеличивается пропорционально квадрату скорости.

Какие действия водителя приведут к уменьшению центробежной силы, возникающей на повороте?

1. Увеличение скорости движения.

2. Снижение скорости движения.

3. Уменьшение радиуса прохождения поворота.

С радиусом поворота тоже всё понятно – чем больше радиус поворота (то есть, чем меньше кривизна поворота), тем меньше центробежная сила.

Что интересно! Даже не зная о существовании этой формулы, в жизни мы поступаем строго в соответствии с ней – перед входом в поворот снижаем скорость, а, проходя поворот, стараемся по максимуму «спрямить кривую», то есть по возможности стараемся увеличить радиус поворота. Такие действия подсказывает нам вестибулярный аппарат, заложенный в нас Создателем.

А что будет, если в процесс прохождения поворота нажать на педаль тормоза?

При любом торможении вес автомобиля переносится на передние колеса. То есть передние колёса крепко прижимаются к дороге, а задние колёса наоборот стремятся оторваться от дороги.

В такой ситуации достаточно небольшого бокового усилия, чтобы задняя ось автомобиля начала вращаться вокруг передней оси.

Это явление называют заносом автомобиля.

Откуда возьмется это боковое усилие? К величайшему сожалению оно обязательно возьмется, и причин для этого предостаточно. Чего стоит только одна центробежная сила!

При прохождении любого поворота на автомобиль обязательно действует центробежная сила, приложенная к центру тяжести машины.

Поскольку передние колёса всегда лучше держат дорогу (они нагружены тяжёлым двигателем), то, как правило, центробежная сила сдвигает в сторону заднюю ось. Происходит занос автомобиля при прохождении поворота.

Если сейчас со страху тормозить, к центробежной силе добавятся ещё две – тормозящее усилие передних колёс, и сразу же возникающая сила инерции.

Глядя на рисунок, должно быть понятно, что сейчас машину выбросит на обочину и там она обязательно перевернётся.

Поэтому тормозить в процессе поворота крайне нежелательно. Снижать скорость нужно до входа в поворот, а сам поворот следует проходить, что называется, «в натяжку».

То есть на педаль газа давим, но очень несильно так, чтобы автомобиль проходил поворот и без замедления, и без ускорения. В этом случае никакие силы (кроме центробежной) на автомобиль не действуют, а саму центробежную силу мы уменьшили до безопасного предела, снизив скорость до входа в поворот.

Что следует сделать водителю, чтобы предотвратить возникновение заноса при проезде крутого поворота?

1. Перед поворотом снизить скорость и выжать педаль сцепления, чтобы дать возможность автомобилю двигаться накатом на повороте.

2. Перед поворотом снизить скорость, при необходимости включить пониженную передачу, а при проезде поворота не увеличивать резко скорость и не тормозить.

3. Допускается любое из перечисленных действий.

Необходимо понимать – для того чтобы создались условия для заноса автомобиля,

вовсе не обязательно двигаться по криволинейному участку дороги.

Занос автомобиля может произойти и на прямолинейном участке, и порой для этого достаточно просто тормознуть или, наоборот, резко нажать на педаль газа, или резко вывернуть рулевое колесо при объезде препятствия.

И что делать, если начинается занос?

Ответ очень простой – надо немедленно избавиться от причины, вызвавшей занос!

1. Занос автомобиля может произойти при резком торможении.

При торможении автомобиль тащит вперёд одна единственная сила – сила инерции. И приложена эта сила к центру тяжести автомобиля.

А сопротивляются силе инерции целых четыре силы, а именно, тормозящие усилия четырёх колёс автомобиля. При этом основная нагрузка ложится на тормозные механизмы передних колёс (не зря передние тормозные колодки изнашиваются быстрее задних).

Итак, при торможении задние колёса слабо прижаты к дороге и потому склонны к блокировке. Достаточно резко нажать на педаль тормоза, и вот они уже не катятся, а скользят, потеряв сцепление с дорожным покрытием. В этом случае практически всё торможение осуществляется только передними колёсами.

А теперь представим, что левое переднее колесо тормозит эффективнее правого. Этому может быть множество причин – например, различное давление в шинах, или слева асфальт сухой, а справа влажный. Да порой достаточно, чтобы одно из колёс катилось по дорожной разметке, а другое по асфальту!

В этом случае при торможении сразу же возникает момент сил, стремящихся развернуть автомобиль.

В результате левая часть автомобиля начинает двигаться медленнее, чем правая. Происходит занос задней оси автомобиля или просто занос автомобиля.

Если сейчас не прекратить торможение, дальнейшее движение будет напоминать движение камня, брошенного на лёд – камень крутится-вертится, но летит по прямой туда, куда его тащит сила инерции.

Первая естественная реакция неопытного водителя – давить на тормоз ещё сильнее. Как вы понимаете, это означает, что занос будет продолжаться.

Изменить ситуации может обратное действие – убрать ногу с педали тормоза.

Убрали ногу с педали тормоза, и сразу же исчез момент сил, разворачивавших автомобиль (колёса свободно катятся). Но сила инерции никуда не делась, она по-прежнему тащит автомобиль вперёд!

Не беда, поворачиваем рулевое колесо в сторону заноса и выравниваем траекторию движения автомобиля.

(Сравните этот рисунок с верхним. Видите, как на этом рисунке водитель повернул передние колёса в сторону заноса).

Примечание. Как мы уже определились, занос автомобиля – это занос именно задней оси. Задние колеса стремятся сблизиться с передними. В этом случае, выравнивая автомобиль, водитель поворачивает рулевое колесо навстречу приближающимся задним колёсам.

Это и принято называть «поворот рулевого колеса в сторону заноса».

Для предотвращения заноса, вызванного торможением, водитель в первую очередь должен:

1. Прекратить начатое торможение.

2. Выключить сцепление.

3. Продолжить торможение, не изменяя усилия на педаль.

2. Занос автомобиля может произойти при резком ускорении.

При разгоне расклад сил прямо противоположный.

Теперь сила инерции направлена назад, а вперёд автомобиль тянут ведущие колёса. И если ведущие колёса надёжно держат дорогу (не буксуют), то и автомобиль ведёт себя идеально, послушно выполняя все желания водителя.

Однако нет никакой гарантии, что левые и правые колёса всегда держатся за дорогу абсолютно одинаково. Мы уже упоминали о возможной разнице давления в шинах, или, скажем, слева проезжая часть сухая, а справа влажная.

Поэтому занос можно получить не только при торможении, но и при ускорении.

Достаточно резко нажать на педаль газа (особенно на скользком покрытии) и ведущие колёса начнут вращаться с пробуксовкой. А любое проскальзывание колёс – это потеря сцепления с дорогой.

Если ведущие колёса задние, занесёт заднюю ось.

Если ведущие колёса передние, снесёт в сторону передок.

то есть в данном случае – уменьшить нажатие на педаль управления подачей топлива.

Как водитель должен воздействовать на педаль управления подачей топлива при возникновении заноса, вызванного резким ускорением движения?

1. Усилить нажатие на педаль.

2. Не менять положения педали.

3. Ослабить нажатие на педаль.

3. Занос автомобиля может произойти при резком повороте рулевого колеса.

Иногда водителям приходится резко вильнуть при объезде препятствия.

Представим, что водитель, двигаясь со скоростью 60 км/ч, в последний момент решил объехать канализационный люк.

Но ведь резкий поворот направляющих колёс это тоже своеобразное торможение. В прямом направлении скорость автомобиля резко падает, и машина заметно приседает на передние колёса.

А раз есть торможение, сразу же появляется сила инерции, при этом корпус автомобиля уже развёрнут – идеальные условия для заноса!

Летом на сухом асфальте ничего страшного не случится, просто машину качнёт туда-сюда при объезде препятствия.

Но зимой на скользкой дороге занос гарантирован. Более того – в следующее мгновение скользить будут все четыре колеса.

Да и летом, если скорость под сотню, события будут развиваться точно так же.

Да всё то же самое. Как только водитель почувствовал, что автомобиль уходит в занос, надо немедленно избавиться от причины, вызвавшей занос. И теперь уже бог с ним, с этим люком.

Быстро (но плавно!) поворачиваем рулевое колесо в сторону заноса.

Передние колёса «цепляют» дорогу (перестают скользить), управляемость автомобиля восстанавливается, и машина послушно возвращается на свою полосу.

Что следует предпринять водителю для предотвращения опасных последствий заноса автомобиля при резком повороте рулевого колеса на скользкой дороге?

1. Быстро, но плавно повернуть рулевое колесо в сторону заноса, затем опережающим воздействием на рулевое колесо выровнять траекторию движения автомобиля.

2. Выключить сцепление и повернуть рулевое колесо в сторону заноса.

3. Нажать на педаль тормоза и воздействием на рулевое колесо выровнять траекторию движения.

Пришло время поговорить о различии в управлении переднеприводным автомобилем и заднеприводным.

И тот, и другой совершенно одинаково уходят в занос. Но вот выбираются из заноса по-разному. Связано это с тем, что задние колёса толкают автомобиль, а передние – тянут автомобиль.

Представьте человека, который привязал к спинке санок палку и пытается ею толкать эти санки.

Ведь они тут же начнут складываться влево или вправо. То есть по аналогии с автомобилем заднюю ось будет заносить толкающее усилие.

Если же человек догадается привязать палку или просто веревку спереди и потянет санки, то они будут следовать за ним, как нитка за иголкой без всяких заносов.

Именно этим и отличается передний привод от заднего. Если задние колёса толкают массу, расположенную перед ними, то передние колёса тянут массу, расположенную после них.

Именно поэтому, выходя из заноса на заднем приводе, мы плавно уменьшаем нажатие на педаль газа, пытаясь усмирить центробежную силу и восстановить управляемость автомобиля.

И именно поэтому на переднем приводе, мы слегка увеличиваем нажатие на педаль газа, чтобы передние колёса вытащили нас из заноса.

Как выходить из заноса на заднем приводе.

Итак, на повороте возник занос задней оси автомобиля (задние колёса скользят по дороге, и центробежная сила несёт их на обочину). И именно задние колёса у нас ведущие.

Если сейчас добавить крутящий момент на ведущие колёса (то есть нажать на педаль газа) ситуация только усугубится – мало того, что задние колёса скользят, так теперь ещё и буксуют, и сцепление с дорогой потеряно окончательно.

В то же время нельзя и нажимать на педаль тормоза или резко бросать газ – в этом случае к центробежной силе добавиться ещё и сила инерции, и это только усилит занос.

Вспоминаем наш общий универсальный принцип – надо избавиться от причины, вызвавшей занос.

А заносит нас центробежная сила. Ну, совсем-то от неё избавиться невозможно, но можно её уменьшить, если снизить скорость.

Только снижать скорость нужно плавно, слегка уменьшая подачу топлива, одновременно поворачивая рулевое колесо в сторону заноса.

После того как управляемость автомобиля восстановится, завершаем поворот.

Что следует предпринять, если на повороте возник занос задней оси заднеприводного автомобиля?

1. Увеличить подачу топлива, рулевым колесом стабилизировать движение.

2. Притормозить и повернуть рулевое колесо в сторону заноса.

3. Значительно уменьшить подачу топлива, не меняя положения рулевого колеса.

4. Слегка уменьшить подачу топлива и повернуть рулевое колесо в сторону заноса.

Как выходить из заноса на переднем приводе.

И опять на повороте возник занос задней оси автомобиля. Только на этот раз автомобиль переднеприводной.

Как вы думаете, если сейчас повернуть рулевое колесо в сторону заноса и добавить крутящий момент на ведущие колёса, вытянут ли передние колёса нас из заноса?

А ведь, пожалуй, и вытянут!

Наращивать давление на педаль газа нужно слегка, очень плавно и очень осторожно, не допуская пробуксовки передних колёс. Как же они будут тянуть, если начнут буксовать?

На повороте возник занос задней оси переднеприводного автомобиля. Ваши действия?

1. Уменьшите подачу топлива, рулевым колесом стабилизируете движение.

2. Притормозите и повернёте рулевое колесо в сторону заноса.

3. Слегка увеличите подачу топлива, корректирую направление движения рулевым колесом.

4. Значительно увеличите подачу топлива, не меняя положение рулевого колеса.

Устранение заноса задней оси путём увеличение скорости возможно:

1. Только на переднеприводном автомобиле.

2. Только на заднеприводном автомобиле.

3. На любом автомобиле из перечисленных.

Современные автомобили снабжены всевозможными устройствами, помогающими водителю избегать неприятностей на дороге.

К числу таких умных устройств, прежде всего, относится АБС – антиблокировочная тормозная система.

Однако следует знать, что антиблокировочная система очень хороша только на прямолинейных участках. При торможении она так умело перераспределяет тормозное усилие по колёсам автомобиля, что все четыре колеса всегда надёжно держатся за дорогу. А это, в свою очередь, исключает занос автомобиля.

Но против бокового усилия, то есть против центробежной силы, возникающей на повороте, АБС бессильна.

На сухом покрытии центробежная сила может попросту опрокинуть автомобиль.

На скользком покрытии та же центробежная сила может легко занести заднюю ось автомобиля…

… или даже полностью снести автомобиль с дороги. И тут никакая АБС не поможет.

Исключает ли антиблокировочная тормозная система (АБС) возможность возникновения заноса или сноса при прохождении поворота?

1. Полностью исключает возникновение только заноса.

2. Полностью исключает возникновение только сноса.

3. Не исключает возможность возникновения сноса или заноса.

Авторское право распространяется на весь контент настоящего учебного пособия, включая дизайн и логотип «Автошкола дома». Авторское право, естественно, не распространяется на цитаты из Правил, цитаты из Кодекса об Административных Правонарушениях, а также на рисунки и текст из сборника «Экзаменационные тематические задачи» и сборника «Экзаменационные билеты» (авторы – Г.Б. Громоковский, С.Г. Бачманов, Я.С. Репин и др.). Во всех необходимых случаях в тексте настоящего учебного пособия имеются ссылки на первоисточник.

Что касается изображений, то значительная часть из них была построена на основе фото и рисунков, взятых из Интернета, и мы ни в коей мере не претендуем на авторство этих заимствованных картинок. Нам в данном случае принадлежит только лишь идея их использования или авторское право на новую законченную композицию (коллаж), собранную из фрагментов чужих изображений.

Запрещается использование данного контента в коммерческих целях без согласования с автором, а также любые действия, в результате которых у читателей данного учебного пособия может сложиться впечатление, что представленные материалы не имеют отношения к домену автошколадома.рф.

Источник