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）により、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できます。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、これは小さな偉業ではありません。ニュートンの第3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していて、トラックが静止している場合、トラックは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（法線力と呼ばれます） ）トラックを静止させておくために互いに反対します。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はできませんね
これまで私たちと一緒に？良い。けん引の物理学についてさらに学ぶために読み続けてください。
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 タイヤが運動のしきい値に達する前に遭遇する摩擦です 。車輪が動き始めると、動きのしきい値を超え、タイヤは動摩擦に対処する必要があります。 -またはホイールの場合、転がり摩擦 。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遅くしたりせず、ただ幸せに進んでいるポイントです。
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、トルクを生成することによって行われます。 、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がその端に立っているとしましょう。指でエッジを上から下に押して前方に動かすか、下から上に押して後方に回転させることができます。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。四分の一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。アクセルペダルを押すと、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、エンジンがあまりにも多くのトルクを生成する場合、タイヤは道路から出会う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、タイヤが道路から離れないようにすることです。
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。多くの。次のページで私たちの意味がわかります。
物理学がトラックをスムーズに動かす方法について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、それらを動かすためのトルクを受けています。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。駆動輪に分散されたトルクにより、乗り物に沿っている車輪も移動します。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。この均等な力の分散により、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、より少ない重量をサポートするタイヤは、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。簡単な答えは、適切な種類の問題がない限り、それはできないということです。トラックの取扱説明書を参照すると、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倍になっています。その理由は、牽引重量には、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。
トレーラーの追加重量は、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より激しく働くことを必要とします。しかし、重量がトレーラーと長距離バスの両方の車両内で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トラックでも、エンジンが道路の転がり摩擦に打ち勝つことなく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ます。
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すウィリアム・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！