Hvordan kan en lastebil på 5000 pund taue 10.000 kilo?

Vent, trosser det ikke fysikk? Nei. Tim McCaig / iStockPhoto

Har du noen gang sett forbløffende på at en pickup lastet opp et stort antall murstein? Hvis du tenkte: "Wow, det trosser fysikkens lover!" du ville ta feil.

Tro det eller ei, fysikklovene (eller nærmere bestemt bevegelseslovene) tillater faktisk en lastebil på 5 000 pund (2 268 kilo) å trekke en belastning på 10 000 pund (4536 kg). Det er en del av samspillet mellom energien som brukes av trucken og tyngdekraften. Dette er imidlertid ingen liten bragd; Hvis du husker Newtons tredje lov om bevegelse, vet du at fra det øyeblikket lastebilen din begynner å bevege seg, er det krefter som er imot den hvert eneste skritt på veien.

Hvis du forstår kjøringenes fysikk, forstår du slepefysikken. Det er faktisk en ganske enkel måte å se på prosessen.

Det er tre stater som lastebilen din kan gå inn når det gjelder kjøring og tauing: hvile, akselerasjon og konstant hastighet. Når trucken din er i park og trucken din er ubevegelig, blir den vurdert i ro. Tyngdekraften skyver nedover mot midten av jorden og den oppadgående skyven fra jorden (kalt normal kraft) motsetter hverandre for å holde lastebilen din i ro. Lastebilen din blir stående - når alt kommer til alt pleier en gjenstand i ro å ligge i ro.

Men du vil ikke hvile, du vil taue. Dette betyr at du må overvinne denne tendensen til å hvile gjennom påført kraft. Heldigvis for deg har lastebilen din en motor som kan produsere energi, som fungerer som den påførte kraften som kreves for å få deg i bevegelse. Mens de motsatte normale og tyngdekraften fremdeles gjenstår, for å akselerere, må du takle friksjonskreftene. I stedet for opp og ned, eksisterer disse kreftene parallelt med bakken, og skyver i motsatt retning av måten du vil bevege deg på. Du kan ikke få en pause fysisk, kan du det?

Hos oss så langt? God. Fortsett å lese for å lære mer om slepefysikken.

Ta den inn, fellas. Det er her dreiemomentet produseres. Hill Street Studios / Getty Images

Det er to slags friksjonskrefter som jobber mot deg når du kjører lastebilen din. Statisk friksjon er friksjonen dekkene dine vil møte før de når terskel for bevegelse. Når hjulene begynner å bevege seg, er terskel for bevegelse blitt krysset, og dekkene dine må nå takle kinetisk friksjon -- eller i tilfelle av et hjul, rullende friksjon. For å akselerere, må statisk friksjon overvinnes gjennom påført kraft, men dette er ikke tilfelle med rullende friksjon. I stedet er målet å akselerere til den påførte kraften tilsvarer mengden rullende friksjon som brukes på dekkene. Når mengden av påført kraft tilsvarer mengden av rullende friksjon, har du nådd punktet med konstant hastighet. Du kjenner det kanskje som en fartsfart - det punktet der du ikke setter fart eller bremser, bare reiser lykkelig sammen.

All denne fysikkpraten ville ikke utgjøre så mye hvis det ikke var for måten bilen din bruker påført kraft fra motoren for å drive bilen din nedover veien. Det gjør det ved å produsere moment, som er energien som roterer et hjul på aksen. Den påførte kraften som er opprettet av motoren din blir distribuert til hjulene på bilen din gjennom girkassen, som snur drivakselen og fordeler dreiemomentet til hjulene.

Dreiemoment er forskjellig fra energien det tar å flytte noe langs et horisontalt plan. Tenk på det slik: La oss si at du har et kvarter som står på kanten som du har tenkt å rulle nedover gangen. Du kan skyve på kanten med fingeren i en opp-ned-bevegelse for å få den til å bevege seg fremover eller en bunn-opp-bevegelse for å få den til å rulle bakover. Du har akkurat brukt dreiemoment. Prøv nå å flytte kvartalet fremover uten å rulle det. Fungerer ikke så bra, gjør det det? Kvartalet glir bare langs overflaten som gjør det vanskelig å kontrollere - ikke en veldig effektiv måte å bevege seg på. Dette er utfordringen som blir presentert for lastebilen din hver gang du kjører: fremover uten skrens.

Det virker enkelt nok; du skyver bensinpedalen, og motoren fordeler dreiemomentet til drivakselen som snurrer akselen og på sin side hjulene. Men hvis motoren produserer for mye dreiemoment, vil dekkene dine overvinne den rullende friksjonen de møter fra veien og skli ubrukelig (og muligens farlig). Det du ønsker er at dekket ditt aldri skal forlate veien.

Det høres litt rart ut, men når lastebilen din kjører ordentlig med, blir bunnen av dekket - bokstavelig talt der gummien møter veien - i ro. Det som utgjør bunnen av dekkene endres siden alle punkter på slitebanen har muligheten til å tjene som bunnen av dekket når det fullfører en full rotasjon. Det samme gjør plasseringen av bunnen av dekket i forhold til veien. Men når det gjelder tyngdekraften og normalkraften, er bunnen av dekket i ro, siden det aldri forlater veien.

Så hva pokker har alt dette å gjøre med tauing? Plenty. Du får se hva vi mener på neste side.

Så lenge vekten er like fordelt, skal denne lastebilen kunne taue mer enn det dobbelte av sin egen vekt. Alexander Hafemann / iStockPhoto

-Alt du nettopp har lært om hvordan fysikk holder lastebilen din i bevegelse, kan ekstrapoleres til sleping.

Hvis du har firehjulstrekk, er alle dekkene koblet til drivaksler og får dermed dreiemoment for å flytte dem. Hvis du bare har bakhjul eller forhjulstrekk, frykt ikke: dreiemomentet som blir distribuert til drivhjulene dine, vil føre til at hjulene som følger med også for turen. Siden de er koblet til lastebilen din, vil disse hjulene bevege seg når drivhjulene begynner å. Vekten skal fordeles jevnt over trucken, noe som betyr at hvert hjul - enten det er koblet til en drivaksel eller ikke - står overfor en like utfordring.

Siden dekkene dine er der gummien møter veien - eller mer poenget, hvor tyngdekraften som trykker nedover på lastebilen din møter den normale kraften som presser seg oppover mot den - er det her vekten er fordelt. Hvis vekten er jevnt fordelt, fordeles også den normale kraften den støter på, da normal kraft er proporsjonal med din lastebils masse. Dette betyr at normalkraften hvert dekk støter på er omtrent en firedel av massen på bilen din. Denne like kraftfordelingen fører til en like stor statisk og deretter kinetisk kraft som hvert dekk støter på når det beveger seg fra hvileposisjonen til akselerasjon og til slutt konstant hastighet. Så dreiemomentet som er nok til å bevege ett hjul, vil bevege dem alle. Hvis vekten på lastebilen din ikke er like fordelt, vil dekk som støtter mindre vekt skli eller gli etter hvert som dreiemomentet de får overvinner i stedet for å være lik den rullende friksjonen den møter fra veien.

Dette er like sant med de fire dekkene på lastebilen din som det er med to eller fire dekk til du legger til når du sleper en trailer. Det er fordi, når det gjelder fysikkens lover, når tilhengeren din er koblet opp til din lastebil, regnes den som en enhet. Truckens masse og trailermassen deler en kombinert masse. Dette betyr at vektfordelingen forblir viktig. Hvis de er fordelt på riktig måte, vil dekkene - enten det er fire, seks, åtte eller 50 - møte samme mengde friksjon som de krysser terskelen og akselererer.

Så hvordan kan en 5.000 kilos lastebil trekke en last på 10.000 pund? Det korte svaret er at det ikke kan, med mindre det har den rette typen løfter. Hvis du ser på bruksanvisningen til lastebilen din, vil du se at lastebilen har to slepekapasiteter - en for død vekt og en for tauet vekt. Du vil også legge merke til at dødvektgrensen er omtrent den samme vekten som lastebilen din, mens den tauede vektkapasiteten er tre ganger høyere. Årsaken er at tauet vektkapasitet krever en spesiell feste som - du gjettet det - fordeler vognerens vekt mellom tilhengerens og truckens hjul.

-Tilleggsvekten til hengeren krever at motoren til bussbilen jobber hardere for å produsere mer dreiemoment enn det som kreves når bussen kjører ubehagelig. Men hvis vekten er riktig fordelt både i hengeren og på vogntoget, vil den statiske friksjonen for hvert dekk være lik. Så om det er en lastebil som veier 5000 pund som beveger seg nedover veien, eller en som tauer en belastning på 10.000 pund, så lenge motoren kan produsere nok dreiemoment til å rotere drivhjulene uten å overvinne rullende friksjon på veien, vil alle andre hjul Følg.

Hvis du vil ha mer informasjon om tauing og andre relaterte emner, kan du gå til neste side.

Takk skal du ha

Spesiell takk til Dr. William Skocpol og Craig Freudenrich, Ph.D. for deres hjelp med denne artikkelen!

Relaterte artikler

• Hvordan tauing av vektfordelingssystemer fungerer
• Hvordan tungevekt fungerer
• 10 Tauingtips
• Hvor ille er det hvis jeg sleper mer enn slepekapasiteten til lastebilen min?
• Vil tauing av en trailer skade kjøretøyet mitt?
• Hvordan Newtons bevegelseslover fungerer

Flere gode lenker

• Sikkerhetstauingstips og terminologi
• Boston University Physics
• Tauing av vektdefinisjoner og -vurderinger

kilder

• Skocpol, William, PhD. Professor i fysikk, Boston University. Personlig korrespondanse. 31. oktober 2008.
• Townsend, Ben. "Statisk og kinetisk friksjon." University of Alaska, Fairbanks. Høst 2002. http://ffden-2.phys.uaf.edu/211_fall2002.web.dir/Ben_Townsend/StaticandKineticFriction.htm