ブレーキペダルを踏むと車が止まるのが遅くなることは誰もが知っています。しかし、これはどのように起こりますか？あなたの車はどのようにあなたの足からその車輪に力を伝達しますか？車と同じくらい大きなものを止めるのに十分になるように、どのように力を掛けますか？
ブレーキペダルを踏むと、車は流体を介して足からブレーキに力を伝達します。実際のブレーキは、足で加えるよりもはるかに大きな力を必要とするため、車は足の力も倍増させる必要があります。これは2つの方法で行われます：
ブレーキは摩擦を使用して力をタイヤに伝達します 、そしてタイヤは摩擦を使ってその力を道路に伝達します。ブレーキシステムのコンポーネントについて説明する前に、次の3つの原則について説明します。
次のセクションでは、レバレッジと油圧について説明します。
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下の図では、力Fがレバーの左端に加えられています。レバーの左端は右端（X）の2倍の長さ（2X）です。したがって、レバーの右端では2Fの力が利用できますが、左端が移動する距離（Y）の半分（2Y）で作用します。レバーの左端と右端の相対的な長さを変更すると、乗数が変更されます。
油圧システムの背後にある基本的な考え方は非常に単純です。ある点で加えられた力は、非圧縮性流体を使用して別の点に伝達されます。 、ほとんどの場合、ある種のオイル。ほとんどのブレーキシステムは、その過程で力を倍増させます。
2つのピストンは、オイルが充填された2つのガラスシリンダーに取り付けられ、オイルが充填されたパイプで相互に接続されています。 1つのピストンに下向きの力を加えると、その力はパイプ内のオイルを介して2番目のピストンに伝達されます。オイルは非圧縮性であるため、効率は非常に良好です。加えられた力のほとんどすべてが2番目のピストンに現れます。油圧システムの優れている点は、2つのシリンダーを接続するパイプが任意の長さと形状であり、2つのピストンを分離するあらゆる種類のものを蛇行できることです。パイプはフォークすることもできるので、必要に応じて1つのマスターシリンダーが複数のスレーブシリンダーを駆動できます。
油圧システムのもう1つの優れた点は、力の乗算（または除算）がかなり簡単になることです。滑車のしくみやギア比のしくみを読んだ方は、距離のトレードフォースが機械システムで非常に一般的であることをご存知でしょう。油圧システムでは、一方のピストンとシリンダーのサイズをもう一方のピストンとシリンダーの相対的なサイズに変更するだけです。
増倍率を決定するには、ピストンのサイズを確認することから始めます。左側のピストンの直径が2インチ（5.08 cm）（1インチ/半径2.54 cm）で、右側のピストンの直径が6インチ（15.24 cm）（3インチ/半径7.62 cm）であると仮定します。 。 2つのピストンの面積はPi * r 2 です。 。したがって、左側のピストンの面積は3.14であり、右側のピストンの面積は28.26です。右側のピストンは左側のピストンの9倍の大きさです。これは、左側のピストンに加えられた力が右側のピストンに9倍大きくなることを意味します。したがって、左側のピストンに100ポンドの下向きの力を加えると、右側に900ポンドの上向きの力が現れます。唯一の問題は、左のピストンを9インチ（22.86 cm）押し下げて、右のピストンを1インチ（2.54 cm）上げる必要があることです。
次に、ブレーキシステムで摩擦が果たす役割を見ていきます。
摩擦は、あるオブジェクトを別のオブジェクトの上にスライドさせるのがどれだけ難しいかを示す尺度です。下の図を見てください。両方のブロックは同じ材料で作られていますが、一方はより重いです。ブルドーザーが押すのが難しいのはどれかは誰もが知っていると思います。
これがなぜであるかを理解するために、ブロックの1つとテーブルを詳しく見てみましょう：
ブロックは肉眼では滑らかに見えますが、実際には微視的なレベルではかなり粗いです。ブロックをテーブルに置くと、小さな山と谷が一緒に押しつぶされ、それらのいくつかは実際に一緒に溶接される可能性があります。重いブロックの重さにより、ブロックがさらに押しつぶされるため、スライドがさらに難しくなります。
材料が異なれば、微視的構造も異なります。たとえば、鋼を鋼に対してスライドさせるよりも、ゴムをゴムに対してスライドさせる方が困難です。材料の種類によって、摩擦係数が決まります。 、ブロックをスライドさせるのに必要な力とブロックの重量の比率。この例で係数が1.0の場合、100ポンド（45 kg）のブロックをスライドさせるには100ポンドの力が必要であり、400ポンド（180 kg）のブロックをスライドさせるには400ポンド（180 kg）の力が必要です。係数が0.1の場合、100ポンドのブロックにスライドするには10ポンドの力が必要であり、400ポンドのブロックにスライドするには40ポンドの力が必要です。
したがって、特定のブロックを移動するのに必要な力の量は、そのブロックの重量に比例します。重量が大きいほど、必要な力も大きくなります。この概念は、パッドが回転するディスクに押し付けられるブレーキやクラッチなどのデバイスに適用されます。パッドを押す力が大きいほど、停止力も大きくなります。
係数摩擦について興味深いのは、通常、オブジェクトをスライドさせ続けるよりも、オブジェクトを緩めるのに多くの力がかかることです。 静摩擦係数があります 、接触している2つの表面が互いにスライドしていない場合。 2つの表面が相互にスライドしている場合、力の量は動摩擦係数によって決定されます。 、通常は静摩擦係数よりも小さくなります。
車のタイヤの場合、動摩擦係数は静摩擦係数よりはるかに小さくなります。接地面が道路に対してスライドしていないときに、車のタイヤが最大のトラクションを提供します。スライドしているとき（スキッドやバーンアウト時など）、トラクションは大幅に低下します。
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たとえば、ペダルからピボットまでの距離がシリンダーからピボットまでの距離の4倍であるため、ペダルにかかる力は、シリンダーに伝達される前に4倍に増加するとします。
>また、ブレーキシリンダーの直径がペダルシリンダーの直径の3倍である場合。これにより、力がさらに9倍になります。全体として、このシステムは足の力を36倍に増加させます。ペダルに10ポンドの力を加えると、ブレーキパッドを握るホイールで360ポンド（162 kg）が生成されます。
この単純なシステムにはいくつかの問題があります。 リークがある場合はどうなりますか ？ゆっくりとした漏れの場合、最終的にはブレーキシリンダーを満たすのに十分な液体が残っておらず、ブレーキが機能しなくなります。重大な漏れの場合は、最初にブレーキをかけると、すべての液体が漏れを噴出し、ブレーキが完全に故障します。
現代の車のマスターシリンダーは、これらの潜在的な障害に対処するように設計されています。詳細については、マスターシリンダーとコンビネーションバルブのしくみに関する記事、およびブレーキシリーズの残りの記事（次のページのリンクを参照）を確認してください。