แรงต้านการเคลื่อนที่ของรถยนต์

Posted on : 21-05-2013 | By : Author | In : การทำงานของเครื่องยนต์

กำลังขับเคลื่อน
การเคลื่อนที่ของรถยนต์จะต้องอาศัยแรงขับเคลื่อนที่ถ่ายทอดมาจากเครื่องยนต์จนถึงล้อรถยนต์ แรงขับเคลื่อนจะเกิดขึ้นที่บริเวณผิวสัมผัสระหว่างยางกับถนนซึ่งทำให้รถยนต์เคลื่อนที่ไปได้ เมื่อนำแรงขับเคลื่อนมาพิจารณาพร้อมกับอัตราเร็วของรถยนต์ เราจะได้เป็นกำลังขับเคลื่อน
แรงต้านการเคลื่อนที่
รถยนต์เคลื่อนที่ได้ต้องอาศัยกำลังจากเครื่องยนต์ซึ่งส่งผ่านระบบถ่ายทอดกำลังมาที่ล้อขับเคลื่อน และอาศัยความเสียดทานระหว่างยางและผิวถนน ทำให้เกิดแรงขับเคลื่อนในขณะถ่ายทอดกำลัง รถยนต์จึงเคลื่อนที่ได้
ในขณะที่รถยนต์กำลังเคลื่อนที่อยู่นั้นจะมีแรงต้านการเคลื่อนที่และมีทิศทางสวนกับแรงขับเคลื่อน เช่น ถ้ารถยนต์เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่ 60 km/h อาศัยกฎข้อที่หนึ่งของนิวตันจะได้ว่า
แรงขับเคลื่อน = แรงต้านทั้งหมด
แต่ถ้าแรงขับเคลื่อนมากกว่าแรงต้านทั้งหมดในขณะนั้น รถยนต์จะมีอัตราเร่งซึ่งทำให้อัตราเร็วเพิ่มขึ้น เช่น เมื่อเหยียบคันเร่งเพิ่มน้ำมันเชื้อเพลิงให้แก่เครื่องยนต์จะทำให้แรงขับเคลื่อนที่ล้อมากขึ้นและมากกว่าแรงต้านทั้งหมดในขณะนั้นจึงทำให้อัตราเร็วของรถยนต์เพิ่มขึ้น ในขณะที่อัตราเร็วของรถยนต์เพิ่มขึ้นนั้นแรงต้านทั้งหมดก็จะเพิ่มตามไปด้วย จนในที่สุดแรงขับเคลื่อนจะเท่ากับแรงต้านทั้งหมดอีกครั้งหนึ่ง รถยนต์ก็จะวิ่งด้วยอัตราเร็วคงที่อีกครั้งหนึ่งเช่นเดิม มีอัตราเร็ว 60 km/h แล้ว เพิ่มเป็น 80 km/h
แต่ถ้าแรงขับเคลื่อนน้อยกว่าแรงต้านทั้งหมดในขณะนั้น รถยนต์จะมีอัตราหน่วงซึ่งทำให้อัตราเร็วลดลง ในขณะที่อัตราเร็วลดลงนั้นแรงต้านทั้งหมดก็จะลดลงด้วย จนในที่สุดแรงขับเคลื่อนจะเท่ากับแรงต้านทั้งหมด รถยนต์จะวิ่งด้วยอัตราเร็วคงที่ต่อไป เช่นเดิมมีอัตราเร็ว 90 km/h เมื่อผ่อนคันเร่งเพื่อลดปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงที่เข้าเครื่องยนต์ แรงขับเคลื่อนจะลดลง รถยนต์จะวิ่งด้วยอัตราหน่วงจนมีอัตราเร็ว 50 km/h และคงที่ต่อไปด้วยอัตราเร็วดังกล่าว
รูปที่ 2.1 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงขับเคลื่อนกับแรงต้านทั้งหมดในขณะที่รถยนต์กำลังเคลื่อนที่


รูปที่2.1 แรงขับเคลื่อนเกิดขึ้นที่ผิวสัมผัสระหว่างยางกับถนนในขณะที่รถยนต์กำลังเคลื่อนที่
แต่เดิมนั้นรถยนต์ส่วนมากขับเคลื่อนล้อหลังซึ่งมีข้อดีหลายประการ เช่น สามารถลดแรงกระตุกได้ดีเพราะมีเพลากลางและเพลาขับยาว ไต่ขึ้นทางชันได้มากกว่าเพราะน้ำหนักรถยนต์จะกดที่ล้อหลังมากขึ้นในขณะไต่ขึ้นทางชันทำให้การลื่นไถลของล้อหลังเกิดขึ้นได้ยาก ฯลฯ ส่วนรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้าก็มีข้อดีหลายอย่าง เช่น พื้นรถยนต์ต่ำลงและราบเรียบ ทำให้มีเนื้อที่ภายในรถยนต์กว้างมากขึ้น การทรงตัวอาจดีขึ้นเพราะล้อหน้าเป็นล้อนำทาง ฯลฯ
ในกรณีของรถยนต์ที่ขับเคลื่อนล้อหลัง แรงขับเคลื่อนจะเกิดขึ้นที่ล้อหลังตรงบริเวณผิวสัมผัสระหว่างยางกับถนน ถ้ารถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้า แรงขับเคลื่อนจะเกิดขึ้นที่ล้อหน้า และถ้ารถยนต์ขับเคลื่อนสี่ล้อ แรงขับเคลื่อนจะเกิดขึ้นทั้งล้อหน้าและล้อหลัง
กำลังจากเครื่องยนต์ที่ส่งไปยังล้อขับเคลื่อนจะใช้ประโยชน์ได้ไม่เต็มที่เพราะมีบางส่วนสูญเสียไปในระบบถ่ายทอดกำลัง เรียกว่าการสูญเสียในการถ่ายทอด (transmission loss) กำลังส่วนที่เหลือที่ล้อขับเคลื่อนจะใช้ไปเพื่อเอาชนะแรงต้านต่างๆ เพื่อให้รถยนต์เคลื่อนที่ได้ แรงต้านการเคลื่อนที่เหล่านั้นได้แก่
1. แรงต้านการหมุนของล้อ (rolling resistance)
2. แรงต้านอากาศ (air resistance)
3. แรงต้านทางชัน (gradient resistance)
นอกจากนี้ ในขณะเร่งเครื่องยนต์ กำลังบางส่วนต้องสูญเสียไปเพื่อเอาชนะความเฉื่อยของรถยนต์ เรียกว่า แรงต้านความเฉื่อย (inertia resistance)

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.