Чому ваш автомобіль перестав розганятися на високих швидкостях?
Гравітація – нудна сила, якщо ви не замислюєтеся про неї. Я тягну машину вниз. Щоразу. Земля відповідає взаємним тиском із рівною силою. Шини міцно зчіплюються з поверхнею дороги. Машина стоїть на місці. Нерухомість.
Потім ви тиснете на газ.
Все миттєво змінюється. Задні колеса тиснуть на землю. Горизонтальні сили. Справжня сила. Машина пришвидшується. На низьких швидкостях майже вся потужність двигуна перетворюється на переміщення маси. Другий закон Ньютона – ваш друг. Сила дорівнює масі, помноженій на прискорення. Просто.
Але машина чинила опір. Інерція – сволота. Вона відповідає силою, пропорційною до її ваги. Чим швидше ви штовхаєте, тим сильніше вона штовхає назад.
Повітря стає на заваді
Швидкість убиває прискорення. Не тому, що двигун втрачає потужність, а тому що це робить повітря.
У міру руху автомобіля тиск повітря зростає. Опір повітря зростає. Це не лінійна залежність. Це — експоненційна. Подвоює швидкість? Збільшуєте опір вчетверо. Повітря чинить тиск на передню частину автомобіля. Він діє у напрямку, протилежному тяговій силі шин.
Таким чином, ви віднімаєте опір з вашої тягової сили.
$$ F_{Net} = F_{Drive} – F_{Drag} $$
Спочатку $F_{drive}$ перемагає. З великим запасом. Ви навіть можете відчути це зі свого сидіння. Сила доступна для прискорення, велика. Однак зі збільшенням швидкості $F_{drag}$ також зростає. Вона поглинає надмірну силу.
Удар об стіну
Зрештою з’являється межа. Максимальна швидкість.
Це не збій. Це фізика. При цій конкретній швидкості тягова сила точно дорівнює опору повітря.
$$ F_{drive} = F_{drag} $$
Результуюча сила дорівнює нулю. Прискорення припиняється. Машина не може рухатися швидше. Двигун може ще мати потужність, але сила повітря, що штовхає назад, більше, ніж сила шин, що штовхають вперед.
Чому це важливо? Тому що більшість людей гадають, що максимальна швидкість пов’язана з кінськими силами. Це негаразд. Вся справа в коефіцієнті аеродинамічного опору та фронтальної площі. Автомобілі з найгіршою аеродинамікою та меншою швидкістю досягнуть цієї стіни раніше. Швидка машина з лініями, що обтікають, відкладає цей момент.
Повітря не дбає про час розгону від 0 до 60 миль/год. Він просто пручається. І коли він пручається з такою ж силою, з якою ви штовхаєте вперед, ви зупинені.
Чи ні? Якщо ви опустите капот. Або змініть шини. Або просто зачекайте на наступну передачу. Битва між шинами та повітрям ніколи не закінчується. Вона просто скидається.
