Вы знаете, что такое вес. Это притяжение Земли к вашему телу. Но вес — лишь одна из форм силы. Что еще важнее, сила заставляет объекты двигаться. Именно она является причиной ускорения вашего автомобиля на шоссе или того, почему бейсбольный мяч вылетает из руки питчера с огромной скоростью.
Сила вызывает ускорение. Толкните игрушечную машинку — она поедет. Нажмите на педаль газа в настоящем автомобиле — он разгонится. Это не просто физические факты. Это основа динамики вождения. Движение управляется Вторым законом Ньютона. Этот закон лежит в основе классической механики. Он объясняет, как взаимодействуют сила, масса и ускорение.
Уравнение, которое двигает автомобили
Второй закон Ньютона гласит, что ускорение ($a$) прямо пропорционально приложенной силе ($F$). Оно обратно пропорционально массе объекта ($m$). Просто? Да. Важно? Безусловно.
Больше силы означает более быстрое ускорение. Больше массы означает более медленное ускорение. Эта зависимость выражается одним известным уравнением:
F = ma
Или в преобразованном виде:
a = F/m
Эта формула рассказывает вам все, что нужно знать о характеристиках автомобиля. Если вы хотите более быстрый автомобиль, вам нужна большая сила. Или меньшая масса. Или и то, и другое. Гоночные команды избавляются от каждой унции лишнего веса. Инженеры создают двигатели, способные развивать огромную силу. Они ведут борьбу с этим уравнением.
Определение силы: ньютон и фунт
В честь Ньютона стандартной единицей силы в системе СИ является ньютон. Но что именно делает один ньютон? Он сообщает массе в 1 килограмм ускорение 1 метр в секунду в квадрате (м/с²).
Это определение работает в обе стороны. Килограмм определяется как масса, которую сила в 1 Н будет ускорять со скоростью 1 м/с².
В английской системе единиц все становится сложнее. Здесь используется слуг. Это масса, которую сила в 1 фунт будет ускорять со скоростью 1 фут/с². Также существует фунт-масса. Это масса, которую сила в 1 фунт будет ускорять со скоростью 32 фута/с². Разница сводится к гравитации.
Сила — это не просто вес. Это толчок или тяга, изменяющие скорость объекта.
Гравитация: постоянное притяжение
Земля действует на все объекты с силой. Она ускоряет падающие объекты со скоростью 9,8 м/с². В английских единицах это 32 фута/с². Инженеры часто обозначают это как g.
Если вы бросите камень, его скорость будет увеличиваться на 9,8 м/с каждую секунду. Падая в течение пяти секунд, вы достигнете скорости 49 м/с. Это быстро. Представьте автомобиль, разгоняющийся с таким же ускорением.
Если бы автомобиль разгонялся с постоянным ускорением в 1 g, он достиг бы скорости 60 миль/ч (97 км/ч) менее чем за три секунды. Это уровень гиперкаров. Большинство дорожных автомобилей не могут поддерживать такое ускорение. Но это демонстрирует мощь гравитации. Это постоянная сила, которую вы ощущаете каждый раз, когда встаете на весы.
Общие единицы измерения силы
Читая спецификации, вы увидите разные единицы. Важно знать, с какой именно вы имеете дело.
Единицы СИ:
* ньютон (Н)
* 1 Н = 0,225 фунта
Английские единицы:
* фунт (lb)
* 1 фунт = 4,448 Н
Перевод прост. Но важнее концепция. Сила является связующим звеном между мощностью двигателя и скоростью автомобиля. Это осязаемый результат инженерной работы. Без нее вы просто сидите в тяжелой коробке. С ней вы движетесь.
Математика проста. Применение сложно. Крутящий момент, сцепление с дорогой, аэродинамика — все это влияет на уравнение F=ma. Но само уравнение не меняется.
