Nějakou dobu jsem řešil fyzikální problémy týkající se aut. Chápu, že existuje statické tření (které se objevuje při odvalování kola) a kinetické tření (které se objevuje při klouzání kola). Nicméně, jak si to představuji, statické tření mezi pneumatikou a vozovkou by nemělo zastavit auto. Ve skutečnosti, když jsem tuto otázku kdysi dávno položil svému učiteli, řekl, že je to vlastně tření mezi nápravou a kolem, co zastaví auto, a tření o silnici vlastně pomáhá autu v pohybu. Ale vím, že při smyku auta klesá tření a tím se prodlužuje doba zastavení. Jak by to mohlo být spojeno s nápravou? Co se děje?
- newtonovská mechanika
- rotační dynamika
- tření
- diagram volného těla
198k 44 44 zlaté odznaky 527 527 stříbrné odznaky 2220 2220 bronzové odznaky
zeptal se 28. června 2019 v 18:05
406 5 5 stříbrných odznaků 15 15 bronzových odznaků
5 odpovědi 5
Představte si, že auto jede konstantní rychlostí. Udělejte si svůj diagram volného těla. Čistá síla působící na auto musí být nulová. Kola tedy musí na zem (alespoň síť) působit pouze svislou silou.
Nyní si představte, jak auto snižuje rychlost. Musí tam být síla opačná než je rychlost. Opět volný čas. Síla na zemi musí zahrnovat složku síly, která brání pohybu vozu. Kola jsou částí dotýkající se země, takže musí dodávat tuto sílu.
Pamatujte na své Newtonovy zákony. K zastavení musí na vůz působit vnější síla. Pokud kola nazýváte „součástí“ vozu, pak brzdnou sílu musí vyvinout zem. To znamená, že kola musí tlačit dozadu přesně tak silně.
Pokud říkáte kolům „není součástí“ vozu, můžete to popsat jako brzdný mechanismus působící silou na kola. Pak je to „problém kola“, co s tou silou udělá. Ale v tom případě je auto zastaveno třením mezi brzdovým mechanismem a kolem. Je možné, že se vás váš učitel snaží přimět, abyste takto přemýšleli.
odpověděl 28. června 2019 v 18:30
puppetsock puppetsock
286 1 1 stříbrný odznak 5 5 bronzové odznaky
$begingroup$ Už to vidím! Takže v zásadě uvažujeme pouze o síle brzdového mechanismu na autě jako celku místo na úrovni kol, že? Ale proč by pak váha auta něco měnila (normální síla a tak dále)? Na brzdu by určitě neměla mít vliv váha auta ne? Neměli bychom tedy brzdový systém popsat jako kinetické tření? $endgroup$
28. června 2019 ve 18:43
$begingroup$ @Dude156 Síla brzdových destiček na vaše rotory závisí na hydraulickém tlaku na ně. Jedná se o normálovou sílu používanou k výpočtu třecí síly (nikoli síly, kterou auto táhne dolů gravitací). Je to určitě kinetické tření (dokud auto nezastaví). Tato síla se pak přenáší na kola (obvykle myšleno jako točivý moment, protože jde o rotující věc) a kola pak působí silou na zem. Tato druhá síla je statické tření, protože kola neprokluzují. $endgroup$
28. června 2019 ve 22:41
$begingroup$
jak si to představuji, statické tření mezi pneumatikou a vozovkou by nemělo zastavit auto.
Statické tření je schopno dodat sílu. Pokud je tato síla proti směru pohybu, je schopna zastavit auto. V případě vašeho auta a brzd se přesně to stane.
Na kolo je aplikován točivý moment z brzd. Tento točivý moment se stává silou proti zemi. Dokud není síla příliš velká, kolo neprokluzuje a silnice dodává sílu zpět na kolo (což zpomaluje vozidlo).
Nemyslím si, že by vozidlo zpomalovalo statické tření mezi kolem a vozovkou.
A přesto je. Abychom viděli, že je to pravda, představme si situaci, kdy odstraníme statické tření. Najeďte autem na led, kde předpokládáme, že koeficient tření klesne na nulu. Auto pokračuje v jízdě stejnou rychlostí.
Když teď dupneme na brzdy, na kolo stále působí točivý moment, ale nyní je síla statického tření nulová. Auto nezpomaluje a pokračuje stejnou rychlostí. Pouze když je přítomno (doufejme statické) tření, můžeme auto zpomalit.
Kinetické tření je také schopné zpomalit auto, ale to nechceme, protože nechceme prokluzovat pneumatiky.
. to by mělo být statické tření mezi autem a vozovkou
Jediná část vozu, která se dotýká vozovky, jsou kola/pneumatiky. To je jediná část, kde se může vyvinout tření. Tedy říci, že tření mezi autem a vozovkou nebo tření mezi koly a vozovkou je totéž.
Ode dne, kdy lidstvo poprvé udělalo něco vpřed a pak muselo najít způsob, jak to zastavit, hraje fyzika hlavní roli při brzdění. Povozy tažené koňmi používaly páku, která tlačila železné obložení. Tato podšívka byla namontována na dřevěnou botu
I když nemusíte být Einstein, abyste mohli pracovat na brzdových systémech, fyzika je pravděpodobně nejpoužitelnější vědou, pokud jde o pochopení brzdné síly.
Ode dne, kdy lidstvo poprvé udělalo něco vpřed a pak muselo najít způsob, jak to zastavit, hraje fyzika hlavní roli při brzdění. Povozy tažené koňmi používaly páku, která tlačila železné obložení. Toto obložení bylo namontováno na dřevěnou botu proti železné pneumatice, která byla namontována na dřevěném kole.
Dřívější motorová vozidla používala mechanické brzdy s ocelovým a později surovým obložením. S vývojem lepších třecích materiálů, což byly většinou směsi na bázi azbestu, a příchodem hydraulického brzdového systému, který vyvinul skotský inženýr Malcolm Lughead (z něhož se později stal Lockheed a poté Lockheed Martin) v roce 1924, jste byli skutečně schopni v případě potřeby zastavit vozidlo. Jako vedlejší poznámka, patentová práva na hydraulický brzdový systém byla prodána společnosti Bendix a dvěma evropským firmám, z nichž jedna byla Ate (Alfred Teves).
Tření bylo vždy brzdnou silou brzdění. Dokonce i dnešní rekuperační brzdové systémy stále spoléhají na tření pro většinu své brzdné síly. Může přijít den, kdy se již nebude používat tření a zcela převezme vládu elektromagnetická síla. Ale pro tuto chvíli a blízkou budoucnost jsou hydraulika a tření na denním pořádku.
Fyzikální zákony umožňují fungování hydraulických brzd. Fyzikální zákony jsou také to, co umožňuje fungování elektromagnetických brzd, ale tento typ brzdění využívá fyziku k navrácení elektrické energie zpět do elektrického systému vozidla. Znalost fyziky také pomůže při diagnostice problémů s brzdami.
Základní definice a principy
Pokud jste fyziku nikdy nestudovali, existuje několik základních definic, principů a zákonů, kterým musíte nejprve porozumět. Jejich znalost vám nesmírně pomůže pochopit, jak a proč fungují hydraulické brzdy.
ENERGIE: Energie je měřítkem dostupnosti práce. Existuje mnoho druhů energie, ale v tomto článku se budeme v podstatě zabývat pouze třemi typy: potenciální, kinetickou a tepelnou.
- Potenciální energie je přesně to, co říká: potenciál dělat práci. Galon benzínu obsahuje poměrně hodně potenciální energie.
- Kinetická energie je energie, která je v těle v pohybu. Vozidlo o hmotnosti 2,000 liber, které se pohybuje rychlostí 70 mil za hodinu, má poměrně velkou kinetickou energii.
- teplo je energie, která se přenáší mezi tělesem a jeho okolím v důsledku jejich teplotního rozdílu. Teplo vždy proudí do menšího tepla. Jinými slovy, z tepla do chladu.
Existují tři typy přenosu tepla: vedení, proudění a sálání.
- Vedení je typ přenosu tepla, který způsobuje, že rukojeti na tomto páru uzamykacích kleští jsou příliš horké na to, aby je udržely, pokud zůstanou zajištěny na té zrezivělé a zaoblené matici příruby výfuku, zatímco je na matici aplikováno teplo pomocí acetylenového hořáku.
- Proudění je přenos tepla pohybem, jako když vzduch proudí chladicími žebry chladiče a teplo z chladicí kapaliny, které bylo převedeno na žebra vedením, se přenáší do vzduchu procházejícího žebry.
- Záření je typ přenosu tepla, který způsobuje, že se vzduch obklopující výfukové potrubí u běžícího motoru zahřívá, i když se vzduch nehýbe.
TŘENÍ: Tření je síla, která brání pohybu mezi dvěma povrchy, které jsou ve vzájemném kontaktu. Tato síla závisí na povaze povrchů, které jsou v kontaktu, a na velikosti tlaku vyvíjeného na tyto povrchy navzájem kolmé. Tření je síla, která ve skutečnosti způsobuje zastavení vozidla.
TLAK: Tlak je definován jako síla na plochu, jako v lb./in. 2 Matematický vzorec je: P = F/A
TEKUTINY: Plyny a kapaliny jsou kapaliny. Přizpůsobují se tvaru svých nádob. Je mezi nimi několik rozdílů. Plyn naplní nádobu a kapalina tvoří určité rozhraní, jako když brzdová kapalina z poloviny naplní hlavní válec, aby se vytvořilo rozhraní kapalina-vzduch.
Plyn lze stlačit, zatímco kapalina je prakticky nestlačitelná. Tento rozdíl ve stlačitelnosti je extrémně důležitým principem při provozu hydraulických brzd. Jak nepochybně víte, pokud je v hydraulickém systému brzd přítomen nějaký plyn (obvykle vzduch), plyn se při sešlápnutí brzdového pedálu stlačí a brzdy nebudou fungovat tak, jak bylo navrženo, pokud vůbec fungují.
Zákon zachování energie: Zákon zachování energie říká, že energii nelze vytvořit ani zničit. Pouze se přeměňuje z jednoho druhu energie na jiný.
Newtonův první pohybový zákon – setrvačnost: První Newtonův pohybový zákon říká, že těleso v klidu zůstane v klidu, pokud na něj nepůsobí vnější síla. Kromě toho těleso v pohybu zůstane v pohybu konstantní rychlostí (tj. konstantní rychlostí v přímce), pokud na něj nepůsobí vnější síla.
Pascalův princip: Pascalův princip říká, že když se změní tlak na kteroukoli část uzavřené tekutiny, tlak na každou část této tekutiny se změní o stejnou hodnotu.
Dáte je dohromady
Protože diskutujeme o principech a základech, nebudeme brát v úvahu geometrickou funkci pákového efektu zvyšujícího tlak z brzdového pedálu na píst hlavního válce nebo zvýšení tlaku způsobené posilovačem. Nebudeme uvažovat ani zadržovací ventily, dávkovací ventily nebo protiblokovací systémy.
Pokud začneme od začátku, máme potenciální energii obsaženou v palivu v nádrži. Prostřednictvím principů chemie (zcela jiný předmět) se tato potenciální energie přeměňuje na tepelnou energii. Prostřednictvím principů a fyzikálních zákonů se tato tepelná energie přeměňuje na kinetickou energii a vozidlo jede po silnici.
Podle prvního Newtonova zákona pohybu se vozidlo bude i nadále točit po přímce, pokud na něj nepůsobí vnější síla. Vzduch způsobí určitý odpor, ale většina vnější síly pochází z tření. Toto tření bude pocházet z mnoha zdrojů. Bez ohledu na to, jak hladká nebo jak dobře mazaná, ložiska a ozubená kola stále mají tření a přemění část této kinetické energie na tepelnou energii a v některých případech na energii zvuku.
Většina přeměny energie, ke které dochází během brzdění, se provádí třením způsobeným třecím materiálem brzdy. Pascalův princip funguje jako kouzlo a zvyšuje tlak aplikovaný na brzdový pedál na dostatečný tlak aplikovaný na brzdový třecí materiál. Tím se převážná většina kinetické energie vozidla přemění na tepelnou energii a v některých případech na energii zvuku.
Většina lidí se však o tento typ zvukové energie nezajímá. Pokud se toto teplo neodvádí do atmosféry vedením, prouděním a zářením, může se přeměnit na světelnou energii. Ale nebe pomůže, když věci zajdou tak daleko.
Zákon zachování energie nám říká, že veškerá potenciální energie obsažená v palivu musí být přeměněna na jiné druhy energie. Téměř veškerá tato potenciální energie se přeměňuje na tepelnou energii, ať už prostřednictvím motoru, hnacího ústrojí nebo brzd.
Není divu, že se tolik času a peněz na výzkum a vývoj vynakládá na hledání způsobů, jak všechno to teplo rozptýlit? Mnoho brzdových rotorů je odvětrávaných a otevřená paprsková kola se stávají normou. Některá vozidla mají dokonce vzduchové lopatky, které nasměrují čerstvý vzduch na brzdy.
Pascalův princip umožňuje přenos brzdového tlaku na brzdové třmeny a/nebo válce kol. Vzorec pro sílu působící na pomocné brzdové válce (třmeny/válce kol) je:
F 1 je tlak v hlavním válci.
A 1 je oblast pístu hlavního válce.
F 2 je tlak v podřízených válcích.
A 2 je oblast pístu pomocného válce.
Aby byl výpočet jednoduchý, předpokládejme plochu pístu hlavního válce 1 palec 2 s tlakem 10 lb./in. 2 a plocha pístu třmenu 10 palců. 2
Jak vidíte, tlak dostupný pro aktivaci brzd lze velmi efektivně zvýšit nebo snížit (jak je tomu u některých válců kol) pomocí Pascalova principu. Samozřejmě, normálně je mnohem více než 10 lb./palec. 2 na pístu hlavního válce.
Důvod, proč jsem chtěl zachovat jednoduchou matematiku, je zřejmý, pokud jako příklad použijete brzdový systém na Mercury Sable z let 1994 až 1995. Vrtání hlavního válce je 1 palec, vrtání třmenu je ¼ palce a vrtání válce kola je 1 palec. Pro výpočet plochy pístů použijte vzorec PiR 2.
Oblast pístu hlavního válce je:
3.14 x 0.5 palce x 0.5 palce
Plocha pístu třmenu je:
3.14 x ¼ palce x ¼ palce
Budete muset rozdělit 64 na 19, abyste převedli zlomek na desetinné číslo a poté pomocí PiR 2 vypočítat plochu, pak vy. Myslím, že asi chápete. Budete potřebovat buď nové baterie ve vaší kalkulačce, nebo musíte být docela zběhlí s logaritmickým pravítkem. Tento článek je však o principech a základech, nikoli o konkrétních vozidlech.
Jedna nevýhoda principu je ta, kterou si nepochybně všimneme pokaždé, když se použije hydraulický zvedák: Pokud se tlak zvýší, řekněme, faktorem 10 jako ve výše uvedené rovnici, pak vzdálenost, o kterou píst v pomocném válci pohyby se sníží o faktor 10 ve vztahu k pístu v hlavním válci. To je důvod, proč vaši techničtí zákazníci musí několikrát zatlačit rukojetí zvedáku, aby zvedli vozidlo dostatečně vysoko, aby byly bezpečnostní stojany na místě.
To je také důvod, proč třmeny kotoučových brzd používají čtvercové těsnicí kroužky. Při použití brzd se kroužek odvaluje velmi mírně a kroužek se odvaluje zpět, aby zatáhl píst jen natolik, aby se snížil odpor brzdového rotoru, když jsou brzdy uvolněny. Ze stejného důvodu je třeba upravit bubnové brzdy, aby se dosáhlo mírného odporu. Pokud je brzdový třecí materiál příliš daleko od povrchu rotoru/bubnu, brzdový pedál bude muset tlačit píst hlavního válce příliš daleko a dojde k nízkému pedálu.
Doufám, že jste si v této chvíli začali uvědomovat, jak důležité je rozumět vědě fyziky při pohledu na brzdové systémy. Pokud už je to nějaký čas, co jste studoval fyziku a jste trochu rezavý, nebo pokud jste nikdy neměli příležitost studovat vědu, mělo to být přínosné.
Pokud se chcete o fyzice dozvědět více a nemáte po ruce starou učebnici, navštivte některé z místních knihkupectví, kde najdete knihy pro samostudium na toto téma.
Curt Marsh, AAM , je ASE certifikovaný Master Automotive Technician a L1, stejně jako Indiana Certified Emission Repair Technician. Vede Marsh Garage, která byla založena v roce 1958.
