5,000ポンドのトラックが10,000ポンドを牽引するにはどうすればよいですか?

2008-11-19
待って、それは物理学に逆らいませんか?いいえ。

ピックアップトラックが大量のレンガを牽引するのを見て驚いたことはありますか?「うわー、それは物理法則に反する!」と思ったら あなたは間違っているでしょう。

信じられないかもしれませんが、物理法則(より具体的には運動の法則)では、実際には5,000ポンド(2,268キログラム)のトラックが10,000ポンド(4,536 kg)の荷物を牽引することが許可されています。これは、トラックのエンジンによって加えられるエネルギーと重力の間の相互作用の一部です。ただし、これは簡単なことではありません。ニュートンの第3運動法則を覚えているなら、トラックが動き始めた瞬間から、あらゆる段階でそれに反対する力があることを知っています。

運転の物理学を理解すれば、けん引の物理学を理解できます。実際には、プロセスを確認するためのかなり簡単な方法があります。

運転とけん引に関して、トラックが入ることができる状態は3つあります。それは、静止、加速、および一定速度です。トラックのトランスミッションが駐車中で、トラックが静止している場合、静止していると見なされます。重力による地球の中心への押し下げと地球からの上方への押し出し(垂直抗力と呼ばれます)は、トラックを静止状態に保つために互いに反対になります。あなたのトラックは置かれたままになります-結局のところ、静止しているオブジェクトは静止している傾向があります。

しかし、あなたは休むことを望まない、あなたはけん引したい。これは、加えられた力によって休むこの傾向を克服する必要があることを意味します。あなたにとって幸いなことに、あなたのトラックにはエネルギーを生み出すことができるエンジンがあり、それはあなたを動かすのに必要な加えられた力として機能します。反対の法線力と重力はまだ残っていますが、加速するには摩擦力に対処する必要があります。これらの力は上下ではなく、地面と平行に存在し、移動したい方向とは反対の方向に押します。物理的には休憩をとることができませんね。

これまで私たちと一緒に?良い。けん引の物理学についてもっと学ぶために読み続けてください。

物理学、運転、そしてあなた

それを取り入れなさい、仲間。ここでトルクが発生します。

あなたがあなたのトラックを運転するときあなたに対して働いている2種類の摩擦力があります。静摩擦は、タイヤが動きしきい値に達する前に遭遇する摩擦です。ホイールが動き始めると、モーションのしきい値を超え、タイヤは動摩擦に対処する必要があります。ホイールの場合は、転がり摩擦に対処する必要があります。。加速するには、加えられた力によって静摩擦を克服する必要がありますが、転がり摩擦の場合はそうではありません。代わりに、加えられた力がタイヤに加えられた転がり摩擦の量と等しくなるまで加速することが目標です。加えられた力の量が転がり摩擦の量と一致すると、一定速度のポイントに到達します。あなたはそれを巡航速度として知っているかもしれません-あなたがスピードを上げたり減速したりせず、ただ楽しく移動しているポイントです。

あなたの車がエンジンから加えられた力を使ってあなたのトラックを道路に向かって推進する方法がなければ、この物理学の話のすべてはそれほど多くはありませんでした。これは、ホイールをその軸を中心に回転させるエネルギーであるトルクを生成することによって行われます。エンジンによって生成された力は、トランスミッションを介してトラックのホイールに分配されます。トランスミッションは、ドライブシャフトを回転させ、トルクをホイールに分配します。

トルクは、水平面に沿って何かを動かすのに必要なエネルギーとは異なります。次のように考えてください。廊下を転がるつもりの4分の1が端に立っているとしましょう。トップダウンモーションでエッジを押して前方に移動したり、ボトムアップモーションでエッジを後方にロールしたりできます。トルクを加えたところです。今度は、四半期をロールせずに前進させてみてください。うまくいきませんね。クォーターは表面に沿って滑るだけなので、制御が難しくなります。移動するのにあまり効率的な方法ではありません。これは、運転するたびにトラックに提示される課題です。横滑りせずに前進します。

簡単そうです。アクセルペダルを踏むと、エンジンがドライブシャフトにトルクを分配し、ドライブシャフトが車軸を回転させ、次にホイールを回転させます。しかし、エンジンのトルクが大きすぎると、タイヤが路面からの転がり摩擦に打ち勝ち、無駄に(そしておそらく危険に)滑ってしまいます。あなたが望むのはあなたのタイヤが決して道路を離れないことです。

少し奇妙に聞こえますが、トラックが適切に走行しているときは、タイヤの底(文字通りゴムが道路と出会う場所)は静止したままです。トレッドのすべてのポイントがタイヤの完全な回転を完了するときにタイヤの底として機能する機会があるため、タイヤの底を構成するものが変わります。道路に対するタイヤの底の位置も同様です。しかし、重力と法線力に関する限り、タイヤの底は道路から離れることがないため、静止しています。

では、これらすべてがけん引と何の関係があるのでしょうか。たっぷり。次のページで私たちの意味がわかります。

曳航の物理学

重量が均等に分散されている限り、このトラックは自重の2倍以上牽引できるはずです。

物理学がトラックをスムーズに動かし続ける方法について今学んだことはすべて、けん引に外挿することができます。

全輪駆動の場合、4つのタイヤすべてがドライブシャフトに接続されているため、トルクを受けてタイヤを動かします。後輪駆動または前輪駆動しかない場合でも、心配する必要はありません。駆動輪に配分されたトルクにより、ライドに沿った車輪も移動します。それらはあなたのトラックに接続されているので、これらの車輪は駆動輪が動き始めると動きます。重量はトラック全体に均等に分散する必要があります。つまり、ドライブシャフトに接続されているかどうかに関係なく、各ホイールは同じ課題に直面します。

タイヤはゴムが道路と出会う場所、またはトラックを下向きに押す重力がトラックを上向きに押す通常の力と出会う場所であるため、ここに重量が分散されます。重量が均等に分散されている場合、垂直抗力はトラックの質量に比例するため、垂直抗力も均等に分散されます。これは、各タイヤが遭遇する垂直抗力がトラックの約4分の1の質量であることを意味します。この均等な力の分布により、各タイヤが静止位置から加速、そして最終的には一定の速度に移動するときに遭遇する静的な力と動的な力の量が等しくなります。したがって、1つのホイールを動かすのに十分なトルクで、すべてのホイールが動きます。トラックの重量が均等に分散されていない場合は、そうすると、より軽い重量を支えるタイヤは、路面からの転がり摩擦に等しくなるのではなく、受けるトルクが克服されるときに滑ったり滑ったりします。

これは、トレーラーを牽引するときに追加する2つまたは4つのタイヤの場合と同様に、トラックの4つのタイヤにも当てはまります。これは、物理法則に関する限り、トレーラーがトラックに接続されている場合、それは単一のユニットと見なされるためです。トラックの質量とトレーラーの質量を合わせた質量を共有します。これは、重量配分が引き続き重要であることを意味します。適切に配分されている場合、タイヤは4、6、8、50のいずれであっても、しきい値を超えて加速するときにすべて同じ量の摩擦に直面します。

では、5,000ポンドのトラックが10,000ポンドの荷物を牽引するにはどうすればよいでしょうか。簡単に言えば、適切な種類の問題がない限り、それは不可能です。トラックのオーナーズマニュアルを参照すると、トラックには2つの牽引能力があることがわかります。1つは自重用、もう1つは牽引重量用です。また、自重制限はトラックとほぼ同じ重量ですが、牽引重量は約3倍です。その理由は、牽引された重量容量には、トレーラーの重量をトレーラーとトラックの車輪に分散させる特別なヒッチが必要なためです。

トレーラーの重量が増えると、コーチが邪魔されずに走行しているときに必要とされるよりも多くのトルクを生成するために、コーチ車両のエンジンが一生懸命働く必要があります。しかし、重量がトレーラーとコーチ車両の両方に適切に分散されている場合、各タイヤの静止摩擦は等しくなります。したがって、5,000ポンドの重さのトラックが道路を移動する場合でも、10,000ポンドの負荷を牽引する場合でも、エンジンが道路の転がり摩擦を克服せずに駆動輪を回転させるのに十分なトルクを生成できる限り、他のすべての車輪はフォローしてください。

けん引およびその他の関連トピックの詳細については、次のページにアクセスしてください。

ありがとうございました

ウィリアム・スコチポル博士とクレイグ・フロイデンリッヒ博士に特に感謝します。この記事を手伝ってくれてありがとう!

多くの詳細情報

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その他のすばらしいリンク

  • 安全けん引のヒントと用語
  • ボストン大学の物理学
  • けん引重量の定義と評価

ソース

  • スコチポル、ウィリアム、博士号。ボストン大学物理学教授。個人的な通信。2008年10月31日。
  • タウンゼント、ベン。「静摩擦と動摩擦」。アラスカ大学フェアバンクス校。2002年秋。http://ffden-2.phys.uaf.edu/211_fall2002.web.dir/Ben_Townsend/StaticandKineticFriction.htm

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