Чтобы упростить анализ, будем считать, что вес машины равномерно распределен между всеми колесами, а торможение происходит с максимально возможной силой трения покоя. В грубом приближении максимальная сила трения покоя и сила трения скольжения равны друг другу и связаны простым приближенным соотношением с силой, прижимающей колесо к земле, – то есть с весом, приходящимся на одно колесо:
F = µ P,
где µ – коэффициент трения. (На практике сила трения скольжения несколько ниже максимальной силы трения покоя. Водители знают, что торможение «юзом», то есть с заблокированными, невращающимися колесами менее эффективно, чем торможение с «почти заблокированными» колесами, и именно на предотвращение полной остановки колес направлена работа антиблокировочной системы в современных автомобилях. Однако мы этой разницей пренебрежем.) Поскольку тормозят все четыре колеса, то силы суммируются и полная тормозная сила равна 4F.
Когда автомобиль разгоняется, разгон будет тем быстрее, чем больше сила трения между колесами и асфальтом. Максимальное значение силы снова описывается той же формулой, а если двигатель создает большее усилие, колеса просто начинают прокручиваться по асфальту, что сопровождается характерным «визгом» шин.
Однако на автомобилях с передним или задним приводом двигатель вращает только два колеса из четырех, так что на таких автомобилях предельная сила, разгоняющая автомобиль, равна всего 2F, то есть разгон происходит примерно вдвое хуже торможения. А вот полноприводный автомобиль имеет хорошие шансы разгоняться эффективнее передне- или заднеприводного, особенно на скользком покрытии. У водителей «джипов» эффективность разгона иногда создает ложное ощущение, что и тормозить полноприводная машина будет увереннее – но теперь мы знаем, почему это не так.
В нашем анализе нет разницы между передним и задним приводом. Однако, если вы учтете результаты задачи 52, она появится. Какой автомобиль будет разгоняться резвее: переднеприводный или заднеприводный?
38. Антикрыло для антиполета
В самолете крыло создает «подъемную силу» – силу, поднимающую самолет вверх. Само название «антикрыло» подсказывает, что антикрыло должно давать противоположный эффект – и это действительно так: набегая на антикрыло, воздушный поток создает дополнительную прижимающую силу. Но зачем она нужна?
Вспомним, что автомобиль разгоняется и тормозит (а на самом деле и маневрирует) благодаря силе трения (задача 33): чем больше сила трения, тем лучше разгон, торможение и управляемость. Максимально возможная сила трения зависит от того, как сильно колеса прижимаются к дороге. Но именно за это и отвечает прижимающая сила!