Questa è un'ottima domanda che riunisce molto di ciò di cui abbiamo parlato in altri HowStuffWorks articoli sulla resistenza. E, a quanto pare, c'è un modo relativamente semplice per sapere quanta resistenza c'è sulla tua auto.
Nell'articolo Come funzionano la forza, la potenza, la coppia e l'energia hai imparato la seconda legge di Newton, che possiamo riformulare come forza (F ) è uguale a massa (m ) moltiplicato per l'accelerazione (a ).
F =ma o a =F/m
Ciò che significa questa equazione è che la forza applicata all'auto farà accelerare la tua auto. Quando si guida a velocità costante, la potenza prodotta nel motore viene convertita in forza agli pneumatici. La forza di trascinamento agisce nella direzione opposta ed è uguale alla forza che il motore crea sulle gomme. Poiché queste forze sono uguali e opposte, la rete la forza sull'auto è zero, quindi l'auto mantiene la sua velocità costante. Se togli la forza prodotta dal motore (mettendo l'auto in folle, ad esempio), l'unica forza sull'auto è la resistenza. Poiché c'è una forza netta sull'auto, l'auto inizierà a decelerare.
Se riesci a misurare la massa dell'auto e l'accelerazione, puoi determinare la forza. Puoi far pesare l'auto in una discarica per determinare la massa. E puoi determinare l'accelerazione misurando quanto tempo impiega l'auto per rallentare quando la metti in folle.
Ti aiuterà a capire un po' le forze sull'auto prima di impostare l'esperimento.
La forza per spingere un'auto lungo la strada varia con la velocità dell'auto. Segue un'equazione della seguente forma:
forza di carico stradale =a + bv + cv 2
La lettera v rappresenta la velocità dell'auto e le lettere a , b e c rappresentano tre diverse costanti:
La cosa importante di questa equazione è che la forza sull'auto aumenta molto rapidamente alle alte velocità. La forza sull'auto a 70 mph è molto superiore alla forza a 60 mph.
Ciò significa che vogliamo misurare l'accelerazione in un intervallo di velocità molto ristretto. Qualcosa come 3 mph o 5 km/h dovrebbe funzionare. Effettueremo questo calcolo in unità metriche perché è più facile utilizzarle.
Diciamo che la tua auto ha una massa di 2.000 chilogrammi (kg) inclusi te e tua madre, e controllerai l'accelerazione tra 100 km/h e 95 km/h (che danno una velocità media di 97,5 km/h o circa 60 mph quindi fallo su l'autostrada dove il limite di velocità è sufficientemente alto). Dovresti scegliere un tratto di strada pianeggiante con poco traffico e farlo in un giorno in cui il vento è calmo e non piove.
Chiedi a tua madre di portare l'auto fino a 105 km/h e tieni pronto il cronometro. Dì a tua madre di mettere l'auto in folle in modo da iniziare a girare per inerzia. Quando l'auto rallenta fino a 100 km/h, avviare il timer e fermarlo quando l'auto arriva a 95 km/h. Potresti volerlo fare più volte, magari andando in una direzione diversa sulla stessa parte dell'autostrada. Registra tutti i tempi e calcola la media.
Diciamo che il tempo medio è stato di 10 secondi. Ora hai tutte le informazioni necessarie per calcolare la forza di trascinamento. Hai solo bisogno di fare alcune conversioni. Hai bisogno della tua accelerazione in metri al secondo, al secondo (m/s 2 ).
La tua auto ha rallentato di 5 km/h, ovvero 5.000 metri all'ora o 1.389 metri al secondo. Ci sono voluti 10 secondi per rallentare così tanto, quindi la velocità di accelerazione era di 0,1389 m/s 2.
Inserisci semplicemente la massa e l'accelerazione nell'equazione F =ma per trovare la forza. C'è un pratico convertitore di misura qui.
Quindi la forza su questa ipotetica macchina a 60 mph è di circa 60 libbre. Ciò significa anche che per far andare l'auto a 60 mph, il motore deve produrre abbastanza potenza per produrre 60 libbre di forza alle ruote.
Possiamo anche capire quanta potenza sia. La potenza è uguale alla forza moltiplicata per la velocità. Quindi tutto ciò che dobbiamo fare è moltiplicare la forza in newton per la velocità in metri al secondo, questo ci dà la potenza in watt.
La velocità media della corsa di prova è stata di 97,5 km/h, ovvero 27 metri al secondo. Quindi la tua potenza è 278 N moltiplicata per 27 m/s =7.500 watt, o 7,5 kilowatt, ovvero 10 cavalli.
