Článek
Drahý Time,
vzhledem k tomu, že se blíží doba, kdy začneš dělat svůj vlastní řidičský průkaz, rád bych Tě seznámil s některými nevyhnutelnými dopady fyziky na řízení auta. Bohužel, hodně lidí si myslí, že když na ně neplatí světské zákony, že se vyhnou i těm fyzikálním. Nevyhnou a bohužel ani nevyhynou, objevují se pořád další a další.
Zákon zachování
Jeden z nejčastěji působících zákonů, které stojí za nejedním úmrtím při řízení, je zákon zachování energie. Vezmi si, že máš cca 1,5 tuny těžký vůz, který jede po městě rychlostí 50 km/h. Potom můžeme dosadit do vzorce pro kinetickou energii:
Ek= 1/2 . m.v2
Po dosazení nám vyjde nějakých 147 kJ. Jenom pro srovnání, asi nejvýkonnější náboj do odstřelovačské pušky Barret 0.5 s označením 0.50 BMG má při výstřelu energii energii cca 20kJ. Sedmkrát menší. Takže pokud někdo říká, že auto je zbraň, určitě přehání jenom trošku. Pro Tebe je potom důležité, že když chceš to auto zastavit, musíš tu energii někam převést. Samozřejmě, když máš dlouhou cestu před sebou a sundáš nohu z pedálu, vyřadíš na neutrál, i na rovině Tě dříve nebo později zastaví odpor vzduchu a valivý odpor pneumatik a tak obecně také tření uvnitř ložisek nápravy. U dobře seřízeného vozu potřebuješ tak kilometr místa.
Anebo můžeš převést pohybovou energii vozidla na teplo prostřednictvím tření, tedy šlápneš na brzdový pedál, protože potřebuješ dát přednost chodci na přechodu, který by patrně neocenil odvoz o kilometr dál na kapotě vozu. Moderní vozy mají systém ABS, abys nesmykoval a tím pádem se veškerá energie, celých těch 147 kJ přemění na teplo a ohřeje to brzdový kotouč s brzdovými destičkami a také trochu disk kola. Tady si dovolím odbočit směrem k elektromobilům, tramvajím a jiným vehiklům, poháněných elektřinou. Zde se motor, který převádí elektřinu a točivý ohyb kol může obratem změnit na dynamo, které převádí točivý pohyb kol na elektřinu. Když s tím umíš pracovat, může vzniknout takový projekt, jako je Infinity train. Nápad je geniálně jednoduchý. V horách naložíš vlak vytěženou rudou a pošleš do dolů do přístavu. Cestou brzdí motorem a nabije tak baterky, které potom vytáhnou prázdný vlak zpátky nahoru k těžebnímu místu.
Ale zpátky ke starým dobrým spalovacím motorům. Tam brzdíme přeměnou kinetické energie auta na teplo brzd. (Ostatně, i elektrické vehikly když to potřebují opravdu natvrdo zašlápnout brzdí úplně stejně.) Vezmi si, že sestava brzd na autě - brzdný kotouč, destičky a náboj kola může mít cca 10kg celkem, ať se to dobře počítá. Brzdy máme z ocele a litiny, která mají měrnou tepelnou kapacitu c cca 480 J.kg-1.K-1 . Když dosadíme do vzorce:
ΔT = Ek/(m.c)
Když vezmeme rozdělení na nápravy 70% na předek, 30% na zadek, to, že celou sestavu chladí vzduch, tak nám na jedno zabrzdění a na jedno kolo vepředu vyjde ohřev cca o 8˚C, zadní o 3˚C.
Při normálním provozu tohle ohřátí není žádný problém. Představ si, že opravdu pospícháš, ale vážně hodně. Asi jako když vezeš svoji notoricky nedochvilnou sestru na autobus, který má jet zrovna teď. Takže režim brzda, plyn a doufat v zelenou vlnu. Tam začne být ohřívání brzd opravdu problém. Vezmi si, že je to v podstatě lineární - když zrychlíš na 100km/h, ohřeješ to o 16˚C. Když to uděláš dvakrát za minutu, tak po takových 10-15 minutách máš problém.
Jednak se mohou brzdy částečně roztavit. Ve skutečnosti totiž na brždění pracují jenom destičky a kus kotouče. Pokud nejsou keramické, nebo fakt fest chlazené, mohou se zahřát natolik, že se zkroutí. Pak začne brzdový pedál vibrovat. Anebo začne vařit brzdová kapalina, v krajním případě sešlápneš pedál a nic se nestane. Ale to už se ti bude určitě z brzd kouřit. Kdybys to opravdu vyhrotil, můžeš nabrat tolik tepla, že ti chytne pneumatika. I když, jasně, tohle je krajně krizový scénář, spíše pro závodní okruh.
Nebo si vezmi jiný případ, třeba trasu Vrbatova Bouda - Jilemnice. Na 28 km ztratíš 900 výškových metrů. Jenom ztráta potenciální energie je 13,25 MJ. Právě ne tyhle cesty slouží brzdění motor, jet to na neutrál a jenom brzdit není dobrý nápad. Hlavně pokud místo osobáku máš za zády hezkých pár tun TIR nákladu.
Ono stačí, když se podíváš na brzdové kotouče na mém horském kole, uvidíš, jak jsou modravé, spálené, protože v opravdu prudkém kopci se mohou ohřát až na 400˚C. Pokud mi to nevěříš, zkus si to sám spočítat, když ztratíš nějakých 100 výškových metrů.
