Физика для автомобилистов. Юз и занос

назад http://www.proza.ru/2015/12/02/2459

Физика для автомобилистов. Юз и занос.

Сегодня ехал на такси-машине, водитель которой рассказал мне про, казалось бы, необъяснимый случай.
А именно, что большую гружёную фуру (на которой он раньше и работал) на практике невозможно остановить на том же самом тормозном пути, который годится для маленького легкового автомобиля.
Над чем я и призадумался сразу: и почему же? Ведь формула тормозного пути не включает в себя массу машины.

Но, как известно, фура представляет из себя сцепку собственно тягача и прицепа с грузом.
А хотя … давайте начнём с самого простого.(а про сцепку эту мы потом рассмотрим, в следующей статье)
И для этого представим, что Вы – водитель автомобиля и его Вам надо (срочно!) затормозить. Что произойдёт, если Вы  резко нажмёте на тормоза?
(и, в особенности, на (потенциально) скользкой дороге
(заснеженной, или даже обледенённой.(что вот уж скоро будет)  Или попросту мокрой.))
Все практики-водители знают, что при этом машина перестанет слушаться тормозов и пойдёт «юзом», то есть возникнет проскальзывание колёс машины относительно дороги.
(а уж тем более, если ты на зимнюю резину шины не успел вдруг поменять.)
Поэтому-то водители-практики применяют следующий приём: при необходимости затормозить на (потенциально) скользкой дороге они нажимают на педаль тормоза плавно и по нескольку раз. Чего тут в результате машина останавливается у них. (хотя и пройдя немного больше путь тормозной, чем ожидалось)

Но самое главное-то тут что? Что как водителям-практикам всё-таки удаётся затормозить машину, в ситуации критической для торможения её?
А, видимо, они, учебник физики в своё время читали хорошо (или занимательные по физике книги Перельмана) Из чего они и знают такой вот опыт: если на стол постелить нам скатерть, и на неё поставить кухонную утварь, то при выдергивании скатерти этой резко (то есть при большой скорости ей) вся эта утварь останется на столе. А, если же скатерть плавно тут тянуть, то всю эту утварь ты на пол стянешь.
А отсюда вывод: сила трения тем больше, чем медленнее мы двигаем предмет относительно (контактирующего с ним) предмета.
(то есть она зависит не только от веса двигаемого предмета (как это сказано в учебнике по физике для средней школы), но и от скорости его.)
А отсюда и обратное этому явленье: если пытаешься (с места) разогнаться очень скоро, то машина тут опять юзит и, возможно даже, совсем не трогается с места.

От непонимании этого явления возникает и следующая ошибка: если, завязнув на скользком грунте
(о глубине погружения в этот грунт в следующей уже статье.
Поэтому пока что глубина увязания в грунте - ноль)
и пытаясь вырваться из него, водитель что есть силы жмёт на газ! .. то получает … ноль, как результат.(приложения сил к педали)

Так каково же всё-таки научное объясненье этому вот явленью?
Поскольку сила трения между телами возникает из наличия неровностей на них, то получается, что эта сила является отраженьем дополнительной энергии затраты, чтобы на эти неровности въезжать. Но если скорость мы придаем такую двигаемому предмету, что перелетает сразу, за 1 «присест», через неровностей много, то дополнительной энергии на неровности подъём мы будем тратить меньше. А именно, примерно во столько же раз меньше, через сколько неровностей мы за раз перелетаем, ибо после этого только нам опять на неровность взбираться надо. А отсюда вывод: чем больше скорость, сообщаемая телу, тем меньше будет (по модулю) сила тренья, действующая на данное тело. Ибо в итоге наши энергии затраты на (неровности) подъём, конечно, будут меньше.
В итоге: чем больше скорость объекта относительно объекта торможения, тем меньше сила трения между ними.
(Вот подробнее эти рассужденья http://www.proza.ru/2016/11/27/114 )

А отсюда нам теперь становится понятно, почему при попытке быстро затормозить машину или её быстро разогнать проскальзывание колёс по грунту возникает. Ибо в этом случае не хватает силы трения колёс о грунт. Ибо даже при той же самом машины весе
(то есть вместо её массы.
Ибо именно от веса тела (а не от его массы изначально) зависит сила реакции опоры
(которая и вписана в закон Кулона-Амонтона, который и определяет модуль силы тренья)
Которая зависит, между прочим, от угла наклона плоскости наклонной, по которой движется тело.
А отсюда новая тема: разгон и торможение на подъёме или спуске)
сила трения и от скорости движения машины еще зависит (относительно грунта)(а на самом деле – от линейной скорости движения точки на ободе колеса относительно грунта.)

А отсюда такое вот резюме: если мы пытаемся затормозиться или разогнаться очень быстро
(и какая же линейная скорость на ободе колёс тут критична (для возникновения юза) - нам предстоит еще разобраться. А поэтому это тема следующей статьи.),
то машина наша перестанет слушаться нас.
А чтобы слушалась она нас, надо жать на тормоз плавно (или плавно педаль сцепления нажимать, когда машину разгоняем) Ибо при этом проскальзывание не колеса относительно дороги возникает, а тормозного диска относительно колодки тормоза. Что оставляет колёса во вращеньи, но с меньшей скоростью, чем была. Поэтому колёса относительно грунта также движутся с меньшей скоростью, что и увеличивает силу трения колёс о грунт, а также эффективность торможенья.

**
Теперь продолжим дальше рассуждение наше. Представим, что мы затормозить решили, на потенциально дороге скользкой жмём на тормоза. Но при этом мы не знаем (хотя, возможно, и предполагаем), что коэффициент трения колёс о грунт для левого и правого колеса различен. А отсюда тут возможно и такое: при некоторой скорости обода колёс проскальзывание левого и правого колеса относительно грунта различно будет. Так что мы получаем тут в итоге? Занос, конечно же, занос.
То есть машина наша поворачивать начинает относительно прежнего нашего курса (и это несмотря на то, что мы не трогаем руля) И притом в сторону ту, на которой больше коэффициент тренья силы.
То же самое (в этом же случае, то есть в случае асимметрии коэффициентов тренья по колёсам) будет, если мы решили разогнаться. (то есть тоже получим мы занос) Но только лишь с отличием тем, что машину (нежданно-негаданно) разворачивать будет в сторону ту, на которой меньше коэффициент тренья силы.

Теперь давайте ситуацию управления машиной усложним. И рассмотрим мы машины поворот, которому сопутствует асимметрия коэффициентов трения по колёсам. Что мы получим тут в итоге?
Если поворачиваем, допустим, влево, а коэффициент трения правого колеса о дорогу меньше, чем у левого колеса, то опять получим мы занос. И заносить нас будет в этом случае вправо, минус к повороту руля.
(И как нам реагировать на это? Увеличить угол поворота руля или увеличить скорость движения машины, ибо иначе мы не впишемся тут в дугу поворота.)

Если поворачиваем, опять же, влево, но коэффициент трения правого колеса о дорогу больше, чем у левого колеса, то опять получим мы занос. Но заносить нас будет в этом случае влево, плюс к повороту руля.
(И как нам реагировать на это? Уменьшить угол поворота руля Или уменьшить скорость движения машины. ибо иначе мы не впишемся в дугу поворота.)
А главное без необходимости не надо резко нажимать на газ или тормоз.

А также машина юзит еще и потому, что при повороте линейная скорость наружного колеса больше, чем скорость внутреннего колеса. (а значит, сила трения, действующая на него, меньше) А отсюда, из этой особенности силы тренья (от скорости еще зависеть, см. статью по связанной теме) проскальзывание возникает, наружного колеса. Поэтому при крутом машины повороте, да еще и на поверхности скользкой) машину и заносит, в сторону, обратную повороту.

Желаю вам управляемой машины, уважаемые автомобилисты!

Вперёд http://www.proza.ru/2018/06/30/1910

Связанная тема http://www.proza.ru/2016/11/27/114