Автомобиль тормозит это движение равномерное

Содержание
  1. Как правильно тормозить? Виды и способы торможения автомобиля
  2. Виды и приемы торможения автомобиля
  3. Плавное торможение автомобиля
  4. Резкое торможение автомобиля
  5. Прерывистое и ступенчатое торможение автомобиля
  6. Торможение двигателем автомобиля
  7. Торможение коробкой передач автомобиля
  8. Видео приемы и способы торможения автомобиля
  9. mmt › Блог › Ньютон, Камм и Forza Motorsport
  10. Физика торможения: неужели тормозной путь не зависит от массы авто?
  11. Что такое «масса»?
  12. Инертная масса
  13. Инертная масса осложняет торможение
  14. Гравитационная масса
  15. Гравитационная масса помогает торможению
  16. Одна масса мешает, другая — помогает. Что победит?
  17. Нам поможет Закон сохранения энергии
  18. Машина тормозит не тормозами, а шинами
  19. Инертная и гравитационная массы противодействуют друг другу в равной степени
  20. Тормоза важны
  21. Однако главное при торможении — шины
  22. Легковушка и фура тормозят одинаково
  23. Как это поможет на практике?
  24. Используйте качественные шины
  25. Тюнинг машины требует профессионального подхода
  26. Маленькая легкая машина не дает преимуществ при торможении
  27. Сохраняйте самообладание, управляя загруженной машиной
  28. Не перегружайте машину
  29. Учитесь правильно тормозить

Как правильно тормозить? Виды и способы торможения автомобиля

Каждый водитель должен уметь правильно тормозить, причем в разных ситуациях. Очень часто автомобилисты в экстремальных ситуациях тормозят резко с полной блокировкой колес как своеобразным защитным рефлексом. Однако подобное экстренное торможение совсем не рекомендуется применять – порой, оно оборачивается блокировкой и скольжением колес, впоследствии автомобиль резко заносит, а тормозной путь лишь увеличивается. Результатом этого резкого торможения может стать авария – автомобиль может попросту выбросить в кювет или опрокинуться. Вцелом, правильное торможение водителя подразумевает умение водителя применять сцепление колес с дорогой, а также продолжать направление своего движения прямолинейно в процессе торможения.

Виды и приемы торможения автомобиля

Существует несколько видов и приемов торможения.

Плавное торможение автомобиля

Самым безопасным из них является плавное торможение, которое осуществляется путем нажатия на педаль тормоза. Плавное торможение применяют в случае спокойного движения машины, при средней скорости, и тогда, когда дорожное покрытие может себе позволить хорошее сцепление с колесами. В школах вождения данный вид торможения рассматривается как основной, так как он не несет каких – либо неприятных последствий или износа шин. Недостатком плавного торможения считается то, что его можно применять не везде: если качество дорожного покрытия оставляет желать лучшего, то эффективность плавного торможения падает.

Резкое торможение автомобиля

Следующим распространенным видом торможения является резкое торможение. Оно осуществляется резким нажатием педали тормоза почти до самого упора и удержанием педали в таком положении. Вследствие этого на дорожном покрытии образуются следы в виде черных полос, по которым можно определить путь водителя. У разных автомобилистов качество его торможения отличается, так как оно производится с помощью «мышечного чувства».

Резкое торможение используется в критических ситуациях. Водитель должен уметь сохранять бдительность, устойчивость и управляемость автомобиля при экстренном торможении, так как оно имеет свои особенности и должно быть исполнено грамотно. Минусами такого торможения является блокировка колес, износ шин, а также снижение коэффициента сцепления колес с дорогой.

Рекомендуется сводить к минимуму резкое торможение на дороге.

Прерывистое и ступенчатое торможение автомобиля

Следующие типы торможения относятся к торможению импульсивному: прерывистое и ступенчатое. Прерывистое – это, по существу, сочетание резкого торможения с растормаживанием. Водитель осуществляет периодическое нажатие на педаль тормоза, а затем полностью его отпускает. И эта процедура выполняется до полной остановки машины.

Прерывистое торможение используется на ухабистых неровных участках дорог. Не следует использовать интенсивное первоначальное тормозное торможение на большой скорости, так как нельзя допустить полной блокировки колес.

Ступенчатое торможение более применимо для экстренного торможения в сложных ситуациях, так как оно может создать минимальную длину тормозного пути. Ступенчатое торможение выполняется путем нажатия педали тормоза до упора, но до конца оно не опускается, а производится, своего рода, «прокачка» от полной блокировки колес до разблокировки.

При ступенчатом торможении меняется его интенсивность, но оно не прекращается. Рекомендуется применять этот вид торможения первоначально на короткой дистанции и далее увеличивать на свое усмотрение показатели интенсивности и продолжительности торможения. Устойчивость машины на дороге осуществляется за счет растормаживания.

Торможение двигателем автомобиля

Следующий вид торможения – торможение двигателем и торможение коробкой передач. В первом случае происходит отпускание педали газа при включенном сцеплении на действующей передаче. Педаль газа опускается, выжимается педаль сцепления, далее отключается повышенная передача. Затем опускается педаль сцепления и нажимается педаль акселератора в случае, если передача выключена. В конце выжимается сцепление, включается пониженная передача, и опускается педаль сцепления. Данный прием торможения основан на том, что двигатель становится потребителем энергии, не получая горючей смеси, но получая от трансмиссии крутящий момент. Преимущества этого торможения заключается в равномерном распределении тормозящего усилия между ведущими колесами машины, а также высокая устойчивость к заносам.

Торможение коробкой передач автомобиля

Торможение коробкой передач подразумевает равномерное постепенное переключение на низшие передачи для того, чтобы снижать скорость машины. При этом можно перескочить через несколько передач, только это будет иметь свои последствия — потерю маневрирования и управляемости машины. Этот способ торможения хорошо применять для плавного снижения скорости на тех участках дороги, где сложно проезжать без особой сноровки, например на мокрых спусках.

Хороший водитель должен уметь пользоваться каждым из вышеперечисленных способов, так как дороги везде разные, а разница способов торможения, как вы понимаете, подразумевают то, что для каждого «другого» участка дороги свой способ торможения.

Видео приемы и способы торможения автомобиля

Источник

mmt › Блог › Ньютон, Камм и Forza Motorsport

Данная заметка содержит азы физики движения автомобиля в той части, от которой наиболее всего зависит его управляемость. Если вас не интересуют формулы и векторы, то читать её не надо. Но, на самом деле, это та информация, которую вы получите на самом первом уроке в любой школе спортивного вождения.

Динамика – изучение причин механического движения.

Старик Ньютон в своё время сказал: «Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

Внезапным образом это изречение оказалось вплотную связано с повадками автомобиля.

Получившее название Первого закона Ньютона, в современном виде оно выглядит немного по-другому, и в дополнение к констатации того, что чтобы автомобиль начал двигаться, к нему нужно приложить внешнюю силу, которая не будет уравновешена другими, вводит так же понятие инерции: «Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения».

Понятие «инерция» хорошо нам знакомо на бытовом уровне, но описать его с точки зрения физики и математики не так и просто.

Сила инерции – не «настоящая» сила. В классической механике под силой (измеряется, если кто не помнит, в Ньютонах) понимается мера механического действия одного тела на другое, например ноги на мяч, но инерция – это «свойство тела». Сила инерции вводится для того, чтобы законы механики можно было применять в неинерциальных системах отсчета.

Интереснее всего, что её введение позволяет не только лаконичными формулами вычислять параметры движения тел, но и простым и понятным языком объяснять различные наблюдаемые явления. Например, при разгоне автомобиля тело человека вжимает в кресло, потому что на человека действует сила инерции; на планету действует сила гравитации звезды, но планета на неё не падает, потому что действие силы гравитации уравновешивается силой инерции, направленной ровно в противоположную сторону.

Как и любому телу, начинающему физику-экспериментатору этого видео свойственна инерция, то есть он стремится оставаться в покое либо двигаться равномерно и прямолинейно, и заставить его перестать это делать можно только приложив к нему силу, которая не будет уравновешена другими. Некоторое время он неподвижен относительно системы отсчета «карусель», потому что сила инерции компенсируется силой реакции поручней. Но сила инерции растёт с ускорением движения, и как только Ньютонов в его руках перестаёт хватать на то, чтобы компенсировать Ньютоны силы инерции, он начинает движение в ту сторону, куда его толкает инерция.
Нам же интересно то, что сила инерции — ровно та же сила, которая придала юному учёному движение по прямой прочь от его опытной установки — действует и на автомобиль, когда он движется по дуге поворота.

Автомобилю, едущему по дуге, под действием силы инерции очень хочется улететь наружу поворота, а оставаться на дуге ему позволяет сила трения покоя, которая имеется между покрышками и дорогой. Эту силу трения автомобилисты называют силой сцепления с дорогой, или просто сцеплением.

Сила инерции в данном случае — центробежная сила, и она равна m*V^2/R, то бишь чем больше у автомобиля масса, чем больше его скорость либо чем меньше радиус дуги, по которой движется автомобиль, тем больше центробежная сила и, соответственно, тем больше должна быть призванная её уравновесить сила трения, чтобы автомобиль не вылетел с дороги. Именно желанием обеспечить как можно больший радиус для снижения центробежной силы обусловлены гоночные максимально «спрямленные» траектории снаружи-внутрь-наружу поворота.

Читайте также:  Автосканер для диагностики автомобилей рено

Но о траекториях как-нибудь в другой раз, а сейчас – о силе трения между колесами и дорогой – той силе, благодаря которой автомобиль разгоняется, поворачивает, тормозит.

У автомобиля есть четыре колеса, и между каждым из этих четырех колёс и дорогой действует своя сила трения, а их сумма даёт общую силу — силу сцепления автомобиля с дорогой.
Поведение автомобиля в движении, всё, что он исполняет на дороге, определяется этими четырьмя составляющими силы трения. Единственная возможность водителя влиять на параметры движения автомобиля – только их посредством. Абсолютно вся настройка автомобиля – это попытка увеличить их, а так же, главное, сбалансировать между собой.

Сила трения определяет всё – и то, насколько быстрым будет автомобиль, и его характер управляемости, и законы его правильного пилотирования.

Сила трения равна k*N, где k – это коэффициент трения, а N – сила реакции опоры, которая равна по модулю и противоположна по направлению весу тела P. То есть можно сказать, что сила трения тем больше, чем больше вес тела и чем больше коэффициент трения между соприкасающимися поверхностями.

Для автомобиля эта зависимость не линейна – современная шина, даже гражданская, не говоря уж про разогретый гоночный слик, прилипает к дороге (и на самом деле, вопреки расхожему мнению, довольно сильно – иногда, чтобы сдвинуть стоящее на асфальте колесо, вам потребуется сила, в полтора раза большая, чем вес колеса); их коэффициент сцепления очень сильно и нелинейно зависит от температуры шины; увеличение веса ведет к изменению пятна контакта и так далее…

Кстати, именно эта формула, если дальше подменять вес на давление и площадь, породила два заблуждения – что сила сцепления не зависит от ширины шины (тут имеется два заблуждения в одном – что более широкая шина обязательно имеет большую площадь пятна контакта и что сцепление с дорогой от этой площади не зависит – оба эти утверждения неверны) и что современная машина без помощи прижимающей её к земле аэродинамики не может развивать ускорение больше, чем 1g. Например, хорошие гражданские машины без прижимной силы (как правило у гражданских машин, даже класса спорткаров, наоборот есть небольшая подъемная, а прижимная сила есть только у «трек-тулов» типа Порше 911 GT3 RS), но с хорошей развесовкой, хорошей подвеской, качественно настроенным балансом тормозных усилий и ABS легко выдают по 1.2g на торможении, и это на обычных гражданских, причем холодных, шинах (а шины этого класса с нагревом за полусотню градусов становятся ощутимо липкими даже для пальцев).

Но тем не менее формула, учитывая поправку на коэффициент, работает очень хорошо, и спортивное пилотирование автомобиля – это во-многом работа именно с этой формулой.

Почему наклоняется автомобиль и как это влияет на его сцепление с дорогой

Итак, мы выяснили, что автомобиль стоит на дуге поворота до тех пор, пока сила трения способна уравновесить силу инерции; что сила трения зависит от веса, который приходится на колеса (а сила инерции зависит от массы автомобиля).

Вес – это сила, с которой тело воздействует на опору. Если мы говорим про стоящий автомобиль и Землю, то вес автомобиля совпадает с силой тяжести, и равен произведению его массы на ускорение свободного падения, P=mg. Полный вес автомобиля складывается из суммы весов его колёс.

Стоит автомобилю начать испытывать ускорения (то есть разгоняться, тормозить или поворачивать) — и разные колёса начинают весить не так, как они весили на автомобиле в состоянии покоя либо равномерного прямолинейного движения.

Проще всего объясняет этот эффект следующая картинка:

Для примера рассматривается торможение автомобиля. Сила трения, которая замедляет автомобиль, приложена в точках касания колёс и дороги, а сила инерции, стремящаяся не дать автомобилю затормозить, приложена к его центру масс, и эта точка – всегда выше поверхности дороги. Поэтому возникает вращающий момент, старающийся развернуть автомобиль носом в землю. Видимое следствие этого явления нам всем хорошо знакомо – при торможении автомобиль наклоняется вперед. Следствие невидимое – передние колёса автомобиля начинают весить гораздо больше, чем весили на автомобиле в состоянии покоя либо равномерного прямолинейного движения, а задние – намного меньше.

Сколько конкретно веса перейдет с задней оси на переднюю, зависит от высоты центра масс автомобиля (именно поэтому на спортивных автомобилях стараются опустить центр масс как можно ниже), колесной базы — для среднего гражданского автомобиля при торможении с ускорением 1g (это торможение «в пол») порядка 300 кГ веса переходит с задней оси на переднюю. Крайне немало!

Ровно по этой же причине разгоняющийся автомобиль загружает задние колеса и разгружает передние, а поворачивающий – разгружает внутренние и загружает внешние. И, как мы теперь знаем, изменяющийся вес изменяет и силу трения, то есть способность конкретного колеса противостоять инерции. То есть в разных режимах движения способность разных колёс противостоять инерции различна – и баланс этих соотношений изменяет характер поворачиваемости автомобиля. Все спортивные приёмы пилотирования учитывают этот эффект, а многие на нём построены.

Тут всё просто. Как только сила инерции становится больше силы трения, автомобиль начинает движение в сторону, в которую его толкает сила инерции – наружу поворота. Если сумма сил трения задних колёс больше, чем сумма сил передних, то есть инерция начинает первой выносить наружу поворота переднюю ось, то говорят, что автомобиль испытывает недостаточную поворачиваемость (потерю управляемости, снос, understeer — другие названия этого явления). Если сумма сил трения задних колёс меньше, чем передних, и инерция вынос автомобиля наружу начинает с задней оси, то автомобиль испытывает избыточную поворачиваемость (потерю устойчивости, занос, oversteer).

Педали газа и тормоза – это те инструменты, которыми пилот может изменять силу трения на передних и задних колёсах, таким образом регулируя поворачиваемость автомобиля.

Но чтобы поподробнее поговорить об этом, нам нужно разобраться ещё с одним важнейшим моментом.

Окружность Камма – совершенно замечательная вещь

Как было показано выше, сила трения каждого колеса и дороги изменяется в зависимости от веса, который приходится на это колесо. Так же, кстати, её можно (и нужно) менять и настройками подвески автомобиля (собственно, в этом вся настройка подвески и состоит – отрегулировать силы трения каждого из колёс, придав им величину и необходимый баланс), но об этом в другой раз, а сейчас хочу поговорить, как сила трения, которую максимально способна дать шина, расходуется на торможение, разгон и повороты, а так же в комбинацию.

Как это объяснить очень просто, наглядно и ярко, придумал профессор и автомобильный инженер Wunibald Kamm, так что мне остаётся только рассказать об этом. На рисунке ниже вы видите так называемую «окружность Камма», или traction circle, «окружность сцепления».

Все ещё помнят, что такое абсцисса и ордината? 🙂 Тогда человеческими словами (как складывать вектора, надеюсь, вы помните). Итак:

Красные стрелочки вверх и вниз – это силы трения, которые требуются в пятне контакта шины и дороги на разгон и торможение. Желтые, влево и вправо – при поворотах. Если автомобиль одновременно поворачивает и разгоняется, то красный и желтый вектора складываются в оранжевый. А окружность – это максимальная сила трения, которую способна дать шина. Как только сумма векторов выйдет за пределы этой окружности – шина начнет скользить.

Из этой картинки, в частности, видно, что если автомобиль тормозит с предельно возможным ускорением, то поворачивать он уже не может – стоит повернуть руль даже совсем чуть-чуть, и к предельно длинному красному вектору добавится желтый, и пусть он будет совсем крошечным, но их сумма выйдет за пределы окружности – шина подскользнётся. Аналогично, в предельном повороте нельзя коснуться тормоза или газа. Если водитель, тормозя «в край», хочет ещё и повернуть руль – он должен приотпустить педаль, уменьшив красный вектор и дав возможность его сумме с желтым остаться в пределах окружности.

Эта окружность – это то, что в забито в подсознание каждому автоспортсмену, и на игре с ней основано всё спортивное пилотирование автомобиля.

Так как же едет автомобиль

Как это происходит в динамике, очень наглядно показывает следующее видео. На нем изображено и то, как работает перераспределение веса, о котором мы говорили раньше, и то, как работает сила трения в рамках «окружности Камма».

Автомобиль у нас заднеприводный, хорошо развешенный, на первом кадре едет прямо. Зеленые круги — это не что иное, как окружности Камма каждого из колёс. Сине-желтые палочки на задних колёсах – это силы трения, которые толкают автомобиль вперёд. Так как автомобиль у нас заднеприводный – на передних колёсах никакой силы нет. Так как он хорошо развешен и двигается равномерно и прямолинейно – диаметры всех окружностей примерно одинаковы, то есть вес автомобиля равномерно распределён по всем четырём колесам и предельно возможная до скольжения сила трения одинакова для них всех.

Читайте также:  Американские автомобили купе ретро

Пилот добавляет немножко газа (это видно например по оборотам двигателя) и немного качает автомобиль влево. От поворота влево вес автомобиля перераспределяется на правую сторону, увеличивая максимальный до начала скольжения предел силы трения – окружности справа становятся больше, а слева – меньше.

От добавления газа машина немного переносит вес на задние колеса – и поэтому задние окружности больше передних — сила трения, которую способны развить задние колёса, увеличилась.

И на передних колёсах появились желтые палочки – силы трения, которые держат автомобиль в повороте, а на задних они же встали по-диагонали, т.к. это сумма векторов продольного и поперечного — тяги и поворота.

Качнув автомобиль влево, пилот направляет его вправо (этот приём называется «контрсмещение» и выполняется для того, чтобы выставить машину в занос).

Тут всё то же самое, что и на предыдущем кадре, только в другую сторону, и кружочки стали красными, а векторы сил вышли за их пределы – все колеса поскользнулись и автомобиль несет наружу. (Кстати, это ошибка пилотирования — пилот должен был позаботится о том, чтобы передние колёса не подскользнулись… в реальности у него скорее всего не получилось бы контрсмещения, т.к. для уверенного возникновения заноса нужно, чтобы передние колеса автомобиля цеплялись за дорогу.)

Пилот добился скольжения задней оси, передние колеса зацепились, и он топает по газу, чтобы поддерживать занос. Векторы на задних колёсах далеко выходят за пределы окружностей – задние колёса очень сильно скользят (буксуют).

Всё закончилось, и пилот выровнял машину и отпустил газ – машина катится накатом. Из-за небольшого торможения двигателем на задних колёсах присутствует совсем крохотная «тормозящая» сила трения, а окружности передних колес чуть больше, чем задних – из-за торможения, а правильнее сказать замедления двигателем машина чуть перенесла вес вперед. Если бы это был переднеприводной автомобиль, то эти векторы были бы на передних колёсах.

Не правда ли, наглядно?

Тут было бы самое время поговорить о грамотном управлении автомобилем. О том, почему педаль газа (на любом приводе!) – это педаль сцепления автомобиля с дорогой, педаль баланса; почему люди чаще всего теряют контроль над автомобилем на торможениях и как этого избежать; почему попадает в занос переднеприводный автомобиль; почему заднеприводный автомобиль очень часто под открытие газа начинает скользить передней осью наружу (как говорят спортсмены — провозит морду) и почему иногда его занос можно погасить, открыв газ; какие вообще есть приёмы пилотирования, основанные на работе с балансом… и так далее и тому подобное. Но это отдельная очень и очень большая тема.

Было бы самое время поговорить о том, что же происходит, когда шина начинает скользить.

И, да… я ведь обещал рассказать о том, как разница в типах привода влияет на поведение автомобиля… Видимо, это тоже придется отложить до следующего раза. Но без всего, что написано выше, без понимания того, как работает сила трения в пятне контакта шины и дороги, как складываются векторы поворота и тяги/торможения, рассказать о разнице поведении автомобилей с различным типом привода было бы невозможно.

Источник

Физика торможения: неужели тормозной путь не зависит от массы авто?

Друзья, в прошлом выпуске я утверждал, что тормозной путь автомобиля не зависит от его массы. Большинство водителей считают, что зависит, и я объяснил, откуда берется это представление. В этой статья я докажу справедливость своего утверждения, прибегнув к физическим понятиям.

Подчеркну, что речь идет о кратчайшем, экстренном, то есть минимально возможном тормозном пути. То есть о тормозном пути при торможении на грани блокировки колес. В современных машинах при таком торможении срабатывает АБС (антиблокировочная система тормозов), а классические машины либо срываются в «юз», либо остаются на грани «юза», в зависимости от действий водителя.

Сначала докажу это «на пальцах». Утяжеляя машину, мы, с одной стороны, увеличиваем ее инертность и осложняем торможение. С другой стороны, мы сильнее прижимаем шины к дороге, увеличиваем сцепление шин с дорогой и повышаем тормозные возможности машины. Эти два эффекта компенсируют друг друга в равной степени, и, в конечном итоге, масса не влияет на длину тормозного пути.

Что такое «масса»?

Для интерсующихся приведу физико-математическое доказательство и вначале кратко расскажу о понятии «масса». Массы в природе две: инертная и гравитационная. Есть, правда, еще и третий вариант – Фелипе Масса, пилот Формулы 1, уже который год выступающий за Ferrari, но сейчас не об этом 🙂

Инертная масса

Инертная масса mи – масса, которая «отвечает» за сопротивление движению тела. Чем тяжелее тело, тем сложнее привести в его движение или остановить, если оно движется.

В механике об этом говорит 2-й закон Ньютона:

то есть ускорение (замедление) тела пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально инертной массе тела. Или в более привычной формулировке этот закон выглядит как

Инертная масса осложняет торможение

Это как раз то, о чем думает большинство водителей: чем тяжелее машина, тем сложнее ее остановить (а также и разогнать) и, якобы, тем длиннее тормозной путь. Остановить машину действительно сложнее, не спорю, но тормозной путь есть возможность сохранить — для этого нужно лишь затратить больше энергии. В этом нам поможет второе понятие массы.

Гравитационная масса

Гравитационная масса mг – масса, которая «отвечает» за взаимное притяжение тел, в частности, за притяжение тел к Земле. Чем тяжелее тело, тем больше сила тяготения и тем сильнее тело давит на опору (пол, дорогу и т.д.).

А об этом в механике говорит закон всемирного тяготения Ньютона:

Или, по-русски, сила притяжения двух тел пропорциональна массам (гравитационным) этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эта формула упрощается для тела в поле тяготения Земли:

где mг – гравитационная масса тела, а g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2

Гравитационная масса помогает торможению

Применительно к разговору о тормозном пути это означает, что чем тяжелее машина, тем сильнее она давит на колеса, тем лучше прижимает их к дороге и тем лучше сцепление шин с дорогой. Ведь, согласно закону Кулона, сила сила трения покоя (в нашем случае — сила сцепления шин с дорогой, она же – «держак» на гоночном жаргоне) пропорциональна весу тела N:

где mг – гравитационная масса машины, k – коэффициент сцепления шин с дорогой, g – ускорение свободного падения.

Одна масса мешает, другая — помогает. Что победит?

В итоге, инертная масса увеличивает инерцию машины, а гравитационная масса улучшает сцепление шин с дорогой и тормозной потенциал машины. Одно удлиняет тормозной путь, а другое пытается укоротить его. Что же победит?

Нам поможет Закон сохранения энергии

На языке физики процесс торможения выглядит как закон сохранения энергии:

т.е. кинетическая энергия машины с инертной массой mи и скоростью v при торможении переходит в тепло за счет работы силы трения Fтр, которая затрачивается на замедление машины на участке пути длиной s (собственно, тормозной путь).

Машина тормозит не тормозами, а шинами

Как я уже писал выше, сила трения Fтр равна kmг g – произведение коэффициента трения k, гравитационной массы mг и ускорения свободного падения g. И сразу вопрос: о какой силе трения идет речь? О силе трения колодок о тормозной диск? Или о силе трения шины о дорогу, о «держаке»? Вообще, первопричина торможения – сила трения колодок о диски. Но она не может превышать силу трения между шиной и дорогой: в этом случае шины начинают скользить, и, либо включается АБС, либо машина идет в «юз». После чего любое усиление нажатия на тормоз не дает выигрыша в торможении, и машина продолжает тормозить за счет трения шин о дорогу. Поэтому для случая экстренного торможения нужно считать, что сила трения колодок о диски равна силе сцепления шин с дорогой. И тогда k — коэффициент сцепления шин с дорогой, если шины на грани скольжения, или это коэффициент скольжения шин о дорогу, если колеса заблокированы, и машина тормозит юзом.

Тогда подставим значения силы сцепления Fтр = k mг g в закон сохранения энергии:

Инертная и гравитационная массы противодействуют друг другу в равной степени

А теперь ключевой момент! Еще Ньютон доказал, а Эйнштейн в свое время постулировал, что инертная и гравитационные массы равны! На сегодняшний день это проверено многократными экспериментами с высокой степенью точности. Эти массы имеют абсолютно разный физический смысл, но в килограммах это всегда одно и то же!

Читайте также:  Автофен для сушки салона автомобиля своими руками

И тогда заменяем инертную и гравитационную массы на «просто массу»:

Теперь массы можно успешно сократить, и останется:

Отсюда получаем тормозной путь, не зависящий от массы:

где v – скорость движения машины до начала торможения, k – коэффициент сцепления шин с дорогой, g – ускорение свободного падения.

Еще раз смысл: с одной стороны, масса увеличивает инертность машины и создает препятствие тормозам. С другой стороны, масса увеличивает сцепление шин с дорогой и помогает тормозам. Эти два эффекта компенсируют друг друга в равной степени, и, в конечном итоге, масса не влияет на длину тормозного пути.

Скорость зависит только от водителя, g – постоянна, а коэффициент сцепления k зависит от состава резины протектора шины и от качества дорожного покрытия. Выходит, тормозной путь зависит от скорости, качества шины и качества дороги. При этом под качеством шины понимается именно состав резины. А от ширины профиля шины и площади пятна контакта сила сцепления шины с дорогой не зависит, как и не зависит тормозной путь.

Тормоза важны

Поговорим о тормозах. Размеры тормозных дисков, материалы колодок и прочее устройство тормозных механизмов важны для машины, но не могут влиять на тормозной путь напрямую, поскольку он ограничивается сцеплением шин с дорогой. Но хочу отменить следующее. Каждые тормозные механизмы расчитаны на погашение определенной кинетическиой энергии, которая пропорциональна массе и квадрату скорости. Обычно запас тормозов расчитывают так, чтобы даже Форд Фокус остановился с мешком картошки в багажнике со 100 км/ч за те же 40 метров, что и без мешка. Но вот ежели вы в машину загрузите лишних 500 кило, будьте готовы к тому, что ваши тормозные механизмы, рассчитанные под меньшую массу, перегреются и не справятся с задачей, и проедете вы куда больше прежних 40 метров.

Или еще пример. Можно взять Жигули со штатными тормозными дисками и колодками и поставить на нее гоночные слики. А что, на Формулах 1 как раз шины 13-дюймового диаметра, аккурат подойдут 🙂 Конечно, придется серьезно переделать саму машину, но это сейчас не столь важно. Так вот, слики имеют почти вдвое больший коэффициент сцепления с дорогой, а значит для торможения юзом на тормоза Жигулей ляжет нагрузка вдвое больше обычной. И вариантов развития событий тоже два: либо тормоза перегреются с первой же попытки, либо вовсе не смогут довести колеса до грани блокировки… И то, и другое означает для нас увеличение тормозного пути (по сравнению с тормозным путем на этих же сликах и гоночными тормозами) даже для пустой машины. А если ее еще и догрузить как следует, то ситуация еще более усугубится, и тормозной путь таких Жигулей еще как будет зависеть от массы авто.

Таким образом, мы можем говорить о независимости тормозного пути от массы машины, если она соответствует общепринятым нормам безопасности: на машине с загрузкой, не превышающей допустимую производителем, штатные тормоза должны быть способны заблокировать колеса (или включить АБС) на штатных шинах.

Однако главное при торможении — шины

Выходит, и Жигули, и Ferrari затормозят с примерно одинаковым тормозным путем, если тормоза у всех исправны, а на колеса установлены одни и те же шины. Возможна разница за счет разного времени срабатывания тормозной системы, а также за счет разных алгоритмов торможения водителя и АБС. Но эта разница будет куда меньше по сравнению с тем, когда одни и те же Жигули (или Ferrari) будут тормозить сначала на Michelin, а потом на отечественной Каме. Так что главное при торможении — шины!

Выше я уже написал, что в случае торможения на грани скольжения шин под k понимается коэффициент сцепления, а в случае торможения юзом при заблокированных колесах k — коэффициент скольжения шин по дороге. Известно, что трение скольжения всегда меньше трения покоя (сцепления), примерно на 10-15%. Соответственно, машина, тормозящая юзом, как правило, проходит на 10-15% больший путь до полной остановки по сравнению с машиной, тормозящей на грани скольжения. АБС не допускает блокировки колес, поэтому машины с АБС при нажатии тормоза «в пол» тормозят всегда на грани скольжения. А машины без АБС при торможении «в пол» сразу же уходят в юз. Хотя, при должном навыке водитель и без АБС может правильно дозировать усилие на педали и тормозить на грани скольжения. Например, машины в Формуле 1 не оснащены АБС, и пилоты тормозят на грани скольжения, а уход в юз считается ошибкой. Из написанного следует, что при одних и тех же шинах машина с АБС будет тормозить короче, чем машина без АБС юзом, но это справедливо только для гладких и твердых дорог. На рыхлых и неровных покрытиях машины с АБС проигрывают в тормозном пути машинам без АБС.

Кстати, не стоит сравнивать тормозные пути седана и фуры. Это не всегда корректно, поскольку там могут быть конструктивно разные тормоза (у грузовиков даже бывает не гидравлическая, а пневматическая тормозная система с огромной задержкой в срабатывании) и разного качества шины. Лучше всего сравнивать «яблоки с яблоками», то есть одну и ту же машину с разной степенью загрузки. Подробнее об этом читайте в ответе на вопрос гостя нашего сайта о влиянии тормозов.

Легковушка и фура тормозят одинаково

Однако, если время срабатывания тормозов у легковушки и фуры одинаково, и стоят схожие по составу шины, то тормозной путь отличаться не должен. Вот видео, которое подтверждает это (правда, я не понимаю по-немецки, но по смыслу именно то :)):

В заключение скажу, что тормозной путь зависит от веса машины (не будем путать вес и массу), а также от массы прицепа без тормозов, от положения руля. Обо всем этом я расскажу в будущих выпусках.

Как это поможет на практике?

А пока — практический смысл этой статьи.

Используйте качественные шины

Тюнинг машины требует профессионального подхода

Если же вы решите «обуть» машину в суперцепкие шины — для гонок ли, или для собственной безопасности, имейте в виду, что это уже вмешательство в конструкцию автомобиля, тюнинг. Одними шинами не обойтись — они потребуют для себя мощных тормозов, а подобрать их и грамотно установить — дело крайне важное и непростое. Так что подходите к тюнингу машины серьезно и пользуйтесь услугами профессионалов, ведь такие вещи не терпят самодеятельности.

Маленькая легкая машина не дает преимуществ при торможении

Выбирая машину при покупке не думайте, что маленький городской автомобильчик будет более безопасный по сравнению с минивэном и тем более фурой лишь потому, что легче и, якобы, лучше тормозит. Не лучше он тормозит, а если и лучше, то масса тут ни при чем. Будьте бдительны, если управляете маленьким авто. Особенно, когда едете сзади фуры: не приближайтесь к ней и не думайте, что в случае чего она будет останавливаться долго, а вы то уж точно успеете остановиться… Сохраняйте безопасную дистанцию, независимо от разницы в массах машин.

Сохраняйте самообладание, управляя загруженной машиной

Если вам предстоит путь на машине с пассажирами и полным багажником, будьте бдительны, но не теряйте самообладание при торможении. Да, вам покажется, что торможение стало хуже. Но это лишь потому, что вы привыкли к другому усилию на педали тормоза.Нажимайте на тормоз сильнее обычного, и машина затормозит так, как вам нужно. Но и после разгрузки автомобиля не теряйте голову 🙂 — ведь машина станет более чутко отзываться на нажатие педали тормоза, но это иллюзия: тормозной путь не станет короче!

Не перегружайте машину

У каждой машины есть свое предназначение для использования и своя допустимая нагрузка. Если ее превысить, то шины и тормоза могут перегреться, а то и вовсе испортиться. В любом случае, они не справятся с задачей торможения. Тормозной путь заметно увеличится, и это, как вы понимаете, может привести к ДТП.

Учитесь правильно тормозить

Казалось бы, что тут сложного? Но наш тренерский опыт говорит, что многим водителям не хватает плавности и знаний многих тонкостей в повседневном торможении и, наоборот, маловато резкости в экстренном торможении. В общих чертах я написал об этом в статье «Как правильно тормозить?», а если вас интересует практика, то экстренное торможение вы можете отработать на курсе «Зимняя контраварийная подготовка», а постичь все премудрости грамотного торможения на каждый день — на «курсе МВА для водителя: Мастерство Вождения Автомобиля».

Источник

Ответы на популярные вопросы