Araçlar nasıl hareket eder

Araç Nasıl Hareket Eder

Araç Nasıl Hareket Eder? Çekiş Kuvveti (Tork) Yola Nasıl Aktarılır? Araç Neden Patinaj Yapar?  Yol Tutuşu Nedir? Sürtünme Kuvveti Nedir? 

Bir motorlu aracın hareket ettirilebilmesi için, araca uygulanan kuvvetin atalet kuvvetinden büyük olması gerekir. Aracın hareket edebilmesi için gereken kuvvetin hesabında, temel fizik kulları geçerlidir.

F= m . g  formülüne göre, aracın kütlesi ve ivme, kuvvet  miktarını belirler.

Bir araç hareket ettiğinde, her zaman tahrik kuvvetine karşı kuvvetler  oluşur, aracın hareket etmesini zorlaştıran bu kuvvetler direnç kuvvetleridir. Direnç kuvvetleri;  hareket direnci ve hava direncinden oluşturur.

Hareket direnci, yoldan yuvarlanan tekerleklerin dönüşünü zorlaştıran bir etki gösterir. Hareket direnci kuvveti; aracın kütlesine, yol-zemin ve lastik şartlarına göre değişir. Lastiklerin yuvarlanma direnci de buna dahildir.

Hava direnci (aerodinamik direnç) de aracın hareket yönüne zıt yönde, yavaşlatıcı bir etki gösterir. Aracın hızı arttıkça hava direnci de artar, özellikle yüksek hızlarda hava direnci çok büyük değerlere ulaşır, aracın hızlanması zorlaşır; hızlanma için büyük güç üretilmesi gerekirken, mevcut hızı korumak için da yük güç gerekir.

Araç düz yolda giderken gaz pedalı bırakıldığında aracın durmasına sebep olan şey bu “direnç kuvvetleridir”. Aracın yavaşlamasına ve durmasına sebep olan Direnç kuvvetleri şunlardır:
*Aracın kütlesi. (F= m.a formülündeki "m"). Hem atalet kuvvetini hem den sürtünme kuvvetini bu m kütlesi oluşturur.
*Lastiklerin yuvarlanma direnci. Lastikler dönerken sürekli deforme olur ve bu sırada enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür. (Bkz: Lastik Yuvarlanma Direnci)
*Yokuş çıkmak. Araç düz yolda giderken, yuvarlanma direnci ve hava direncine karşı iş yaparken, yani bu zıt yönlü kuvvetleri yenerken; eğer yokuş çıkıyorsa bir de yer çekimine karşı iş yapmış olur. Yani aracın yükselmesi çok büyük bir direnç kuvvetidir.
*Hava Direnci: Aerodinamik etki. Araç yolda ilerlerken, hava kütlesinin içinden geçer ve bu hava, aracın hareket yönüne zıt yönde bir etki göstererek aracı durdurmaya çalışır. Örneğin yolda giderken aracın arkasında bir paraşüt açılsa, rüzgar direnci öyle büyük olur ki, araç çok kısa sürede durur. Örneğin karşıdan esen rüzgarlı havada araç daha çok yakar. Üreticiler, araçları en az rüzgar direnci oluşacak şekilde tasarlarlar, bu yakıt tüketimini ve performansı direkt etkiler. 

Araçlarda hareket kuvveti (tahrik kuvveti) motor tarafından üretilir.

*Aracın hareket kuvveti, direnç kuvvetinden küçük olursa araç yavaşlar. (Ftahrik<Fdirenç)

*Aracın hareket kuvveti, direnç kuvvetine eşit olursa, araç sabit hızla ilerlemeye devam eder. (Ftahrik=Fdirenç)

*Aracın hareket kuvveti, direnç kuvvetinden daha büyük olursa, araç hızlanır. (Ftahrik>Fdirenç)

Aracın çabuk hızlanabilmesi için, tahrik kuvvetinin (motor gücünün) büyük olması gerekir.

Araçta Üretilen Hareket Kuvvetinin Yola Aktarılması

Motorlu araçlarda, motorda üretilen gücün harekete dönüştürülebilmesi için, tahrik kuvvetinin tekerlekler vasıtasıyla zemine iletilmesi gerekir. Otomotivde yola aktarılamayan itme kuvvetinin hiçbir anlamı yoktur.

Aracın çekiş kuvvetinin harekete dönüşebilmesi için, kuvvetine lastikler tarafından yola aktarılması gerekir. Buradasürtünme kuvveti devreye girer. Lastik ve zemin arasındaki sürtünme kuvveti sayesinde; araç hareket  edebilir (hızlanma) ve durabilir (frenleme). Sürtünme kuvveti yoksa, hareket de oluşmaz.
Araçta güç, motorda üretilir. Üretilen güç tekerlekleri döndürür ve araç hareket ederse, motora "iş" yaptırılmış olur, İş formülü: W= F x s ‘dir. (W: İş (Nm) F: Kuvvet (Newton) s: yol-mesafe (Metre)). Formüle göre kuvver (F) var, yol da (s) var; Öyleyse araç motor gücüyle ilerliyorsa, iş yapıyor demektir. 
Araç yokuş aşağı inerken veya gaz pedalına basılmadan düz-hafif eğimli yolda ilerliyorken, MOTOR İŞ YAPMIYORDUR. W= F x s. Araç ilerliyor s "yol" var, fakat motordan tekerleklere iletilen kuvvet "F" yok, sıfır. Öyleyse iş yapılmıyor demektir.
Araç patinaj çekiyoken neler oluyor? W= F x s (iş= kuvvet x yol). Bu durumda kuvvet (F) var, ama bu defa da yol (s) yok, s=0, bu durumda araç yine iş yapmıyordur.

Motor Torkunun Tekerleklere İletilmesinde Yakıt Enjeksiyonunun Durumu

Araç viteste, gaz pedalına basılıyor, yol düz veya yokuş çıkılıyor: Motor tekerlekleri döndürür. Motora yakıt püskürtülür, motor tork (döndürme kuvveti) üretir, bu döndürme kuvveti tekerleklere iletilir ve araç hızanır veya hızını korur. Aracın düz yolda sabit hızla gidebilmesi için de gaz pedalına basmak gerekir, çünkü rüzgar direncine karşı, yuvarlanma direncine karşı ve yol-lastik arasındaki sürtünme kuvvetine karşı koymak için, motorun güç üretmeye yani tekerlekleri döndürmek için kuvvet göndermeye devam etmesi gerekir. Sahip olunan hız ile, talep edilen hız arasındaki fark ne kadar fazla olursa, yani bunun için gaz pedalına ne kadar çok basılırsa, veya çıkılan yokuşun eğimi ne kadar fazlaysa, motor yükü o kadar çok artar. Motor yükü ne kadar fazlaysa, püskürtülen yakıtın miktarı da o kadar fazla olur. 

Araç boşta veya debriyaj pedalına basılmış , gaz pedalına basılmıyor, araç düz veya yokuş aşağı yolda akıyor (kendiliğinden gidiyor): Motor tekerlekleri döndürmez. Motora rölantide çalışacak kadar yakıt püskürtülür. Rölanti, bir motorun vuruntu yapmadan çalışmasını sürdürebileceği en düşük motor devridir. Araç, düz yolda gidiyorsa direnç kuvvetleri sebebiyle zamanla yavaşlar ve durur. Bir yokuştan iniyorsa, yokuşun eğimine göre hızlanabilir  veya yavaşlayabilir. Sonuçta bu araç yakıt tüketmeye devam eder, çünkü motorun çalışabilmesi için (krankın dönebilmesi için) yakıta ihtiyacı vardır.

Araç viteste, gaz pedalına basılmıyor, araç düz yolda veya yokuş aşağı hareket ediyor, akıyor: Motor tekerlekleri döndürmez, TEKERLEKLER MOTORU DÖNDÜRÜR. Bu durumda yakıt enjeksiyon sistemi, motora yakıt göndermez, yol bilgisayarında yakıt tüketimi 0 görünür. Araç viteste, motor ve tekerlekler arasındaki bağlantı devam ettiği için; aracın hızından kaynaklanan hareket enerjisi (kinetik enerji) sebebiyle, tekerlekler motoru döndürmeye çalışır, yani hareketin yönü tamamen ters döner. Bu duruma motorun kompresyona (sıkıştırmaya) binmesi de denir. Burada olan şey, aracın ilerlemek istemesi, tekerleklerin dönmek istemesi, fakat motorun bu kadar dönmek istememesidir, çünkü yakıt gelmiyor. Motor kompresyon yapıyor fakat yakıt gelmediğinden güç üretmiyor, bu durumda motor, aracı yavaşlatıcı bir etki gösterir. Araç zamanla yavaşlar ve durur. Yakıt gönderilmeyen motorun yavaşlatıcı etkisini arttırmak için vites küçültülür; artan dişli oranı sebebiyle tekerleklerin hızı azaltılır. Ya da aracın daha uzun süre serbestçe akabilmesi için vites yükseltilir, böylece motorun yavaşlatıcı etkisi, düşük vites oranı sayesinde tekerlekleri çok fazla yavaşlatmazken, motor devrinin de çok yükselmediği görülebilir.  

Sürtünme Kuvveti Nedir ? Nelerden Etkilenir?

Sürtünme kuvveti; yol ve lastik arasındaki sürtünme katsayısına ve aracın ağırlığına (dikey kuvvet) bağlıdır.

Fsürtünme= Sürtünme katsayısı x Araç ağırlığı

Fs= µ . Fkütle

Sürtünme katsayısı (µ “mü”); lastiğin yapısına, yolun fiziki durumuna (ıslak-kuru-çamurlu-karlı-buzlu-asvalt-mıcırlı) bağlı olarak değişir.

F kütle (aracın ağırlığı) ise aracın yapısına, yüküne bağlıdır.

Sürtünme kuvvetini arttırmak için, sürtünme katsayısını ve aracın ağırlığını arttırmak gerekir. Aracın ağırlığını arttırmak yakıt tüketimini arttıracağı için, tasarım-üretim tasarımda bu yola gidilmez, fakat karlı-çamurlu yolda patinaj yapan tekerleklerin üzerine ağırlık koymak, sürtünme kuvvetinin artması için iyi bir yöntemdir.

Diğer yanmadan sürtünme katsayısının yüksek olması için, kaliteli lastikler ve iyi bir yol (kuru asfalt) faydalı olacaktır. Islak, kaygan zeminde sürtüme katsayısı düşeceği için, sürtünme kuvveti de azalır; araç hareket etmek istediğinde patinaj yapar, frenleme anında ise tekerlekler kayar.  Sürtünme kuvveti çok düşük olduğunda istendiği anda ilerlemek ve durmak mümkün olmaz.