Avez-vous déjà regardé avec étonnement une camionnette remorquer une énorme charge de briques ? Si vous pensiez, "Wow, cela défie les lois de la physique!" vous auriez tort.
Croyez-le ou non, les lois de la physique (ou plus précisément les lois du mouvement) permettent en fait à un camion de 5 000 livres (2 268 kilogrammes) de remorquer une charge de 10 000 livres (4 536 kg). Cela fait partie de l'interaction entre l'énergie exercée par le moteur du camion et les forces de gravité. Ce n'est pas un mince exploit, cependant; Si vous vous souvenez de la troisième loi du mouvement de Newton, vous savez qu'à partir du moment où votre camion commence à bouger, des forces s'y opposent à chaque étape.
Si vous comprenez la physique de la conduite, vous comprenez la physique du remorquage. Il existe en fait une façon assez simple de voir le processus.
Il y a trois états dans lesquels votre camion peut entrer lorsqu'il s'agit de conduire et de remorquer :repos, accélération et vitesse constante. Lorsque la transmission de votre camion est en stationnement et que votre camion est immobile, il est considéré comme au repos. La poussée gravitationnelle vers le bas vers le centre de la Terre et la poussée vers le haut depuis la Terre (appelée force normale ) s'opposent pour maintenir votre camion au repos. Votre camion restera en place – après tout, un objet au repos a tendance à rester au repos.
Mais vous ne voulez pas vous reposer, vous voulez remorquer. Cela signifie que vous devez surmonter cette tendance à vous reposer grâce à la force appliquée . Heureusement pour vous, votre camion est équipé d'un moteur qui peut produire de l'énergie, qui sert de force appliquée nécessaire pour vous faire avancer. Tant que les forces normales et gravitationnelles opposées subsistent, pour accélérer, vous devrez faire face aux forces de friction. Plutôt que de haut en bas, ces forces existent parallèlement au sol et poussent dans la direction opposée à la direction dans laquelle vous souhaitez vous déplacer. Vous ne pouvez pas faire une pause physique, n'est-ce pas ?
Avec nous jusqu'ici ? Bon. Continuez à lire pour en savoir plus sur la physique du remorquage.
Deux types de forces de friction agissent contre vous lorsque vous conduisez votre camion. Frottement statique est le frottement que vos pneus rencontreront avant qu'ils n'atteignent le seuil de mouvement . Une fois que vos roues commencent à bouger, le seuil de mouvement a été franchi et vos pneus doivent maintenant faire face au frottement cinétique -- ou dans le cas d'une roue, frottement de roulement . Pour accélérer, le frottement statique doit être surmonté par une force appliquée, mais ce n'est pas le cas avec le frottement de roulement. Au lieu de cela, l'objectif est d'accélérer jusqu'à ce que la force appliquée soit égale à la quantité de frottement de roulement appliqué aux pneus. Une fois que la quantité de force appliquée correspond à la quantité de frottement de roulement, vous avez atteint le point de vitesse constante. Vous le connaissez peut-être comme une vitesse de croisière – ce point où vous n'accélérez pas ou ne ralentissez pas, mais voyagez simplement joyeusement.
Toutes ces discussions sur la physique ne représenteraient pas grand-chose si ce n'était de la façon dont votre voiture utilise la force appliquée par le moteur pour propulser votre camion sur la route. Il le fait en produisant du couple , qui est l'énergie qui fait tourner une roue sur son axe. La force appliquée créée par votre moteur est distribuée aux roues de votre camion via la transmission, qui fait tourner l'arbre de transmission et distribue le couple aux roues.
Le couple est différent de l'énergie nécessaire pour déplacer quelque chose le long d'un plan horizontal. Pensez-y comme ceci :Disons que vous avez un quart debout sur son bord que vous avez l'intention de faire rouler dans votre couloir. Vous pouvez appuyer sur le bord avec votre doigt dans un mouvement de haut en bas pour le faire avancer ou un mouvement de bas en haut pour le faire rouler vers l'arrière. Vous venez d'appliquer le couple. Essayez maintenant d'avancer le quartier sans le faire rouler. Ça ne marche pas très bien, n'est-ce pas ? Le quartier dérape juste le long de la surface, ce qui le rend difficile à contrôler - ce n'est pas un moyen très efficace de se déplacer. C'est le défi qui est présenté à votre camion à chaque fois que vous conduisez :avancer sans déraper.
Cela semble assez simple; vous appuyez sur la pédale d'accélérateur et le moteur distribue le couple à l'arbre de transmission qui fait tourner l'essieu et, à son tour, les roues. Mais si le moteur produit trop de couple, vos pneus surmonteront le frottement de roulement qu'ils rencontrent sur la route et déraperont inutilement (et peut-être dangereusement). Ce que vous voulez, c'est que votre pneu ne quitte jamais la route.
Cela semble un peu étrange, mais lorsque votre camion roule correctement, le bas du pneu - littéralement là où le caoutchouc rencontre la route - reste au repos. Ce qui constitue le bas des pneus change puisque tous les points de la bande de roulement ont la possibilité de servir de bas du pneu lorsqu'il effectue une rotation complète. Il en va de même pour l'emplacement du bas du pneu par rapport à la route. Mais, en ce qui concerne la gravité et la force normale, le bas du pneu est au repos puisqu'il ne quitte jamais la route.
Alors, qu'est-ce que tout cela a à voir avec le remorquage ? Beaucoup. Vous verrez ce que nous voulons dire sur la page suivante.
Tout ce que vous venez d'apprendre sur la façon dont la physique maintient votre camion en mouvement peut être extrapolé au remorquage.
Si vous avez une transmission intégrale, les quatre pneus sont reliés à des arbres de transmission et reçoivent donc un couple pour les déplacer. Si vous n'avez qu'une traction arrière ou une traction avant, n'ayez crainte :le couple distribué à vos roues motrices fera également bouger les roues qui accompagnent le trajet. Puisqu'elles sont connectées à votre camion, ces roues se déplaceront lorsque les roues motrices commenceront à bouger. Le poids doit être réparti uniformément sur le camion, ce qui signifie que chaque roue, qu'elle soit reliée à un arbre de transmission ou non, fait face à un défi égal.
Puisque vos pneus sont là où le caoutchouc rencontre la route - ou, plus précisément, là où la force de gravité qui appuie vers le bas sur votre camion rencontre la force normale qui pousse vers le haut contre lui - c'est là que le poids est réparti. Si le poids est réparti uniformément, la force normale qu'il rencontre est également répartie uniformément, car la force normale est proportionnelle à la masse de votre camion. Cela signifie que la force normale que chaque pneu rencontre est d'environ un quart de la masse de votre camion. Cette répartition égale de la force conduit à une quantité égale de force statique puis cinétique que chaque pneu rencontre lorsqu'il passe de sa position de repos à l'accélération et enfin à la vitesse constante. Ainsi, le couple suffisant pour déplacer une roue les déplacera toutes. Si le poids de votre camion n'est pas réparti de manière égale, les pneus supportant moins de poids déraperont ou glisseront à mesure que le couple qu'ils reçoivent surmonte plutôt qu'il n'égale le frottement de roulement qu'il rencontre sur la route.
C'est aussi vrai avec les quatre pneus de votre camion qu'avec deux ou quatre autres pneus que vous ajouterez lorsque vous tracterez une remorque. En effet, en ce qui concerne les lois de la physique, lorsque votre remorque est accrochée à votre camion, elle est considérée comme une seule unité. La masse du camion et la masse de la remorque partagent une masse combinée. Cela signifie que la répartition du poids reste importante. S'il est correctement réparti, les pneus (qu'il y en ait quatre, six, huit ou 50) subiront tous le même frottement lorsqu'ils franchiront le seuil et accéléreront.
Alors, comment un camion de 5 000 livres peut-il remorquer une charge de 10 000 livres ? La réponse courte est qu'il ne peut pas, à moins qu'il n'ait le bon type d'attelage. Si vous consultez le manuel du propriétaire de votre camion, vous verrez que votre camion a deux capacités de remorquage - une pour le poids mort et une pour le poids remorqué. Vous remarquerez également que la limite de poids mort est d'environ le même poids que votre camion, tandis que la capacité de poids remorqué est environ trois fois plus élevée. La raison en est que les capacités de poids remorqué nécessitent un attelage spécial qui - vous l'avez deviné - répartit le poids de la remorque entre les roues de la remorque et du camion.
Le poids supplémentaire de la remorque nécessite que le moteur de l'autocar travaille plus fort pour produire plus de couple que nécessaire lorsque l'autocar se déplace sans encombre. Mais si le poids est correctement réparti à la fois dans la remorque et dans l'autocar, le frottement statique de chaque pneu sera égal. Donc, qu'il s'agisse d'un camion pesant 5 000 livres sur la route ou d'un camion remorquant une charge de 10 000 livres, tant que le moteur peut produire suffisamment de couple pour faire tourner les roues motrices sans surmonter le frottement de roulement sur la route, toutes les autres roues suivre.
Pour plus d'informations sur le remorquage et d'autres sujets connexes, visitez la page suivante.
MerciRemerciements particuliers au Dr William Skocpol et Craig Freudenrich, Ph.D. pour leur aide avec cet article !
