Пуля, выпущенная в воду, имеет что-то общее с вашей машиной — объяснение физики

Давайте уточним одну вещь: мы не говорим о том, что пуля, выпущенная в вашу машину, имеет что-то общее с пулей, выпущенной в воду. Скорее, мы говорим о форме пули и о том, как она связана с тем, почему сегодня автомобили обычно имеют определенную форму, чтобы уменьшить лобовое сопротивление.

Хотя дизайн современных автомобилей может понравиться не всем, одно бесспорно: современные автомобили почти всегда лучше рассекают воздух, чем классические автомобили. Конечно, у классики культовый внешний вид, и они даже могут быть практичны в качестве повседневного водителя, но вы не получите их из-за экономии топлива (если только это не Honda Insight первого поколения или Civic начала 90-х). Большинство старых автомобилей не особенно эффективны по двум причинам: устаревшая технология двигателей и аэродинамика, ограничивающая их максимальную скорость. Именно на последнем пункте мы и сосредоточимся.

Те из вас, кто смотрел этот эпизод «Разрушителей мифов», вероятно, уже знают, что происходит, когда пуля попадает в воду. Энергия быстро, а иногда и резко рассеивается, либо резко замедляя полет пули, либо полностью ее разрушая. Нечто подобное происходит и в воздухе. Хотя автомобиль не движется по воде, он, тем не менее, должен преодолевать воздух, чтобы добраться из точки А в точку Б. Сила, противодействующая этому движению, называется тащить. Сопротивление влияет на все, что движется по воздуху, будь то пуля или автомобиль. На самом деле, конструкция пуль, предназначенных для полета на большие расстояния, не сильно отличается от конструкции вашего автомобиля.

Давайте углубимся (хех) и посмотрим на физику, объясняющую, как аэродинамика и сопротивление влияют на внешний вид автомобиля.

Большинству автолюбителей уже знакома идеальная аэродинамическая форма: каплевидная форма. У идеального профиля коэффициент аэродинамического сопротивления почти в 30 раз меньше, чем у плоской пластины с той же площадью поверхности, а это означает, что воздух будет толкать плоскую пластину назад примерно в 30 раз эффективнее. Другими словами, если два автомобиля имеют одинаковую площадь лобовой поверхности и один имеет форму стены, а другой — каплю, то автомобиль каплевидной формы будет передавать инерцию гораздо эффективнее.

Речь идет не о том, чтобы рассечь воздух, как клин (хотя это помогает рассечь воздух), а о снижении следа, образующегося позади автомобиля при его движении. Например, если вы посмотрите на некоторые пули, вы заметите, что некоторые экземпляры на самом деле не имеют формы конуса — задняя часть сужается. Их конструкция, известная как пули «лодочка», сводит к минимуму карман медленно движущегося воздуха позади пули, называемый следом.

Но что такое поминки с точки зрения автомобилей? Проще говоря, ваша машина должна убрать воздух с дороги, чтобы добраться куда угодно, и это здравый смысл. След — это то, что находится позади машины, прежде чем воздух снова заполнит этот пробел. Этот след хочет тащить машину назад, а это значит, что вы боретесь с ним во время движения. Следовательно, автопроизводители, создающие эффективные конструкции, внедряют специализированные аэродинамические устройства, такие как задние диффузоры, чтобы минимизировать след за счет его уменьшения, во многом подобно пуле с лодочным хвостом.

Теперь, когда мы знаем, как в принципе работает форма, как именно автопроизводители используют эти знания для создания современных автомобилей? Предполагая, что мы не говорим о Jeep Wrangler или о чем-то явно не предназначенном для повышения эффективности, автопроизводители отдают приоритет снижению лобового сопротивления, максимально устраняя след, о котором мы говорили, и противодействуя таким эффектам, как подъемная сила. Это достигается с помощью различных средств, таких как добавление элементов нижней части кузова, таких как передняя губа и задний диффузор, уменьшение дорожного просвета и оптимизация таких устройств, как заднее антикрыло, а также других изменений.

Сегодняшние производители проектируют автомобили с помощью компьютеров, активных аэродинамических технологий и крайне важного опыта ретроспективного анализа. Однако они не могут нарушить законы физики, которая гласит, что с увеличением скорости прорезать воздух становится экспоненциально труднее. Вот почему серийным автомобилям так сложно преодолеть барьер в 300 миль в час. На таких скоростях мельчайшие детали имеют гораздо большее значение.

Несмотря на это, те же принципы по-прежнему применяются в области типичных скоростей на шоссе, поэтому автопроизводители, которые отдают предпочтение запасу хода, например, оснащают свои автомобили аэродинамическими колпаками на колеса. Это небольшой эстетический компромисс, который означает увеличение запаса хода на много миль, и это складывается. Это означает, что в идеале автомобили с отличными коэффициентами аэродинамического сопротивления будут напоминать гладкие капли, как Volkswagen XL-1 или Toyota Prius текущего поколения. Hypermilers иногда вносят аналогичные изменения в свои автомобили, начиная от аэродинамических колпаков и заканчивая каплевидным кузовом ручной работы.