Durma mesafesi (D) üç kısımdan oluşur:
1. Reaksiyon (İntikal) mesafesi: (R) (Ayağın gazdan çekilip, fren pedalına basıncaya
kadar katedilen yol)
2. Fren Mesafesi: (F) (Frene basıldığı andan, aracın durmasına kadar katedilen yol)
3. Durma Mesafesi: Her ikisinin toplam mesafesi.
Reaksiyon mesafesinin uzunluğu hızla orantılı olarak artar. Bu, kullanıcının reaksiyon süresi ile aracın hızına bağlıdır. Bir saniyelik süre içinde, motosiklet veya araba, saatte 36 km hızda 10 metre, 72 km hızda 20 metre yol alır. Yeni araç kullanmaya başlayanların reaksiyon mesafeleri, alışkın olmadıkları ve tereddütlü davrandıkları için, çoğu kez daha uzun olur. Tecrübeli bir sürücü aracını, tecrübesiz olana göre daha kısa mesafe içinde durdurur.
Reaksiyon mesafesi nasıl hesaplanır?
Kaç kilometre hızla gidiyorsanız, o hızın ilk rakamını üçle çarptığınızda reaksiyon mesafesini bulmuş olursunuz. (Dikkat: durma değil, reaksiyon)
Hız | Reaksiyon (İntikal) Mesafesi | |
30 km/s | 3x3 |
|
50 km/s | 3x5 |
|
70 km/s | 3x7 |
|
90 km/s | 3x9 |
|
km/s | 3x11 |
|
lbette ki en önemli olan mesafe durma mesafesidir. Reaksiyon mesafesini fren mesafesi takip eder. Fren mesafesinin uzunluğunu ise aracın hızına, yolun yüzeyine, yolun eğimine, fren ve lâstiklerin durumuna ve sürücünün deneyimine göre değişir.
Saatteki hızınızı 35 km’den 70km’ye çıkarırsanız, 70 km’deki fren mesafesi, 35 km’dekine göre dört misli artar.
Hızınızı saatte 35 km’den km.’ye, yani üç katına çıkarırsanız, fren mesafesi bu defa dokuz kat artar. Bu tamamen, biraz daha önce bahsedilen “Hareket Enerjisi” prensipleri ile doğru orantılıdır.
Yani fren mesafesi, hız artışının karesi kadar artmaktadır!
Örnek:
Hız 2 katına çıkınca= Fren mesafesi 4 kat (2x2)
Hız 3 katına çıkınca= Fren mesafesi 9 kat (3x3)
Hız 4 katına çıkınca= Fren mesafesi 16 kat (4x4)
Hız 5 katına çıkınca= Fren mesafesi 25 kat (5x5)
Birkaç çeşit fren yapma şekli vardır. Önceden ayağını gaz pedalından hafifçe kaldırarak hızını düşüren bir sürücü, hem taşıtın frenlerini korumuş olur, hem de sürüş emniyetini yükseltir.
Beklenmedik durumlarda nasıl fren yapılacağını bilmek gerekir. Tekerleri kilitleyecek kadar sert fren yapmanın sakıncalarını belirtmiştik. O halde elden geldiğince tekerleri kilitlemeden, yumuşak fren yapmak gerekmektedir. Bazı araçların fren sistemleri kilitlenmeyen türden yapılmıştır. (ABS) Sizin aracını bu türden değil ve eğer kilitlenmişse, yapılacak tek şey, fren pedalından ayağınızı çekmektir.
Reaksiyon (İntikal), Fren ve Durma Mesafeleri:
Alttaki şemalarda aracın hızına göre hesaplanmış hem ıslak, hem de kuru asfalt üzerindeki reaksiyon ve fren mesafelerini görmektesiniz. Örnekte de görüldüğü gibi km hızla seyreden bir otomobil, kuru asfaltta 95, ıslak asfaltta ise ancak metre gittikten sonra ancak durabilmektedir. Sürat sevenlerin bu örneklere çok dikkat etmesi gerekmektedir.
Hız | Reaksiyon (İntikal) Mesafesi | |
30 km/s | 3x3 |
|
50 km/s | 3x5 |
|
70 km/s | 3x7 |
|
90 km/s | 3x9 |
|
km/s | 3x11 |
|
< Bu mesaj bu kişi tarafından değiştirildi bahadr -- 6 Nisan ; > |
|
|
|
|
|
|
|
|
< Bu mesaj bu kişi tarafından değiştirildi bahadr -- 6 Nisan ; > |
|
|
|
|
|
|
|
Durma mesafesi, sürücünün bir tehlike gördüğü, aracı durdurmaya karar verdiği andan itibaren, araç tamamen durana kadar fren pedalına bastığı andan itibaren aracın kat ettiği mesafedir. Bu mesafe, sürücü bir karar verirken, frene basıldığında ve araç durana kadar yavaşladığında aracın kat ettiği birkaç mesafenin toplamıdır. sdurma durma mesafesi aşağıdaki formül kullanılarak belirlenir:
nerede shr insan algılama mesafesi, shr insan tepki mesafesi, sbrl fren gecikme mesafesi ve sbr fren mesafesidir. Bu mesafeler aşağıda tartışılmaktadır.
İnsan algılama mesafesi, sürücü bir tehlikeyi tespit ederken ve aracı yavaşlatmaya ve durdurmaya karar verirken bir aracın kat ettiği mesafedir. Aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır
shp m cinsinden insan algılama mesafesi, v km/sa cinsinden araç hızı, thp insanın saniye cinsinden algılama süresidir ve / km/s'yi m/s'ye dönüştürme katsayısıdır (1 kilometre metreye ve 1 saat saniyeye eşittir).
İnsan tepki mesafesi, sürücü bir tehlike algıladıktan sonra aracı durdurma kararını uygularken aracın kat ettiği mesafedir. Aşağıdaki formül kullanılarak belirlenir
nerede shp metre cinsinden insan algı mesafesi ise, v km/sa cinsinden araç hızı ve tsa saniye cinsinden insan tepki süresidir.
Fren gecikme mesafesi, araçta kullanılan fren tipine bağlıdır. Hidrolik frenler neredeyse tüm otomobillerde ve hafif kamyonlarda kullanılmaktadır. Havalı frenler neredeyse tüm ticari kamyonlarda kullanılmaktadır. Havalı fren gecikmesi yaklaşık 0,4 saniyedir ve hidrolik fren gecikmesi yaklaşık 0,,2 saniyedir. Toplam fren gecikmesi, fren pedalına basıldığı andan yavaşlamanın sabit duruma ulaştığı ana kadar geçen süre olarak ölçülür. Fren sistemindeki gecikme süresi ve yavaşlama yükselme süresinden oluşur. Havalı frenler için, toplam fren gecikmesi 0,4 ile 0,7 s arasında değişir çünkü havalı frenler hidrolik frenler gibi neredeyse anında çalışmaz. Pnömatik frenlerde havanın fren hatlarından akması gerekir ve bu zaman alır. Öte yandan hidrolik frenler, havalı frenlerden iki ila beş kat daha hızlı, neredeyse anında hareket eder.
Fren gecikme mesafesi aşağıdaki formül kullanılarak belirlenir
sbrl m cinsinden fren gecikme mesafesi, v km/sa cinsinden araç hızı, tbrl saniye cinsinden fren gecikme süresidir.
Hesaplarımızı basitleştirmek için, aracın, hızlandırılmış (yavaşlatılmış) hareket denkleminden türetilen aşağıdaki formül kullanılarak belirlenen sabit hızlanma veya yavaşlama ile hareket ettiğini varsayacağız:
nerede a hızlanma ise, v son hız, v0 başlangıç hızı ve t zamandır.
Fren mesafesi, bir aracın frenlerinin tam olarak uygulandığı andan tamamen durduğu ana kadar kat ettiği mesafedir. Bu mesafe, aracın ön frenleme hızına ve lastikler ile yol yüzeyi arasındaki sürtünme katsayısına bağlıdır. Bu hesaplayıcıda, lastiklerin yuvarlanma direnci veya hava direnci gibi ihmal edilebilir etkiye sahip olan diğer faktörleri dikkate almayacağız.
Sürtünme katsayısının yavaşlamanın ölçülmesi yoluyla belirlendiği1 araştırmasının sonuçları, kilitlenme önleyici fren sisteminin (ABS) sürtünme katsayısını etkilediğini belirledi: hız arttıkça artar. ABS kullanıldığında ve ABS kullanılmadığında artan hız ile azalır. Bu araştırma ayrıca lastikler ve yol arasındaki sürtünme katsayısının sıcaklık ve yağıştan etkilendiğini doğrulamıştır.
Tanım olarak, sürtünme katsayısı, sürtünme kuvvetinin normal kuvvete oranı olarak tanımlanır:
ya da
nerede Ffr sürtünme kuvveti ise, μ orada sürtünme katsayısı ve Fnorm normal kuvvettir.
Bir nesneye etki eden normal kuvvet, nesnenin temas yüzeyine dik olan bir temas kuvvetinin bileşeni olarak tanımlanır. Basit bir durum için, bir nesne düz bir yatay yüzeye yerleştirildiğinde, normal kuvvet onun ağırlığıdır:
nerede m kütle ve g yerçekiminden kaynaklanan standart ivme ise. Bu formül Newton'un ikinci yasasından türetilmiştir:
Bir nesnenin eğimli bir yüzey üzerinde durduğu daha karmaşık bir durumda, normal kuvvet şu şekilde hesaplanır
nerde θ eğimli yüzeyin yataydan ölçülen açısı ise. Bu durumda normal kuvvet cismin ağırlığından küçüktür. Bu durumu daha sonra ele alacağız.
Düz bir yüzey için, nesne ile yüzey arasındaki sürtünme katsayısı μ ise, o zaman sürtünme kuvvetidir
Newton'un ikinci yasasına göre, hareket eden nesneye (araç) uygulanan bu sürtünme kuvveti orantılı bir yavaşlama üretir:
ya da
Şimdi, hızlandırılmış (yavaşlatılmış) hareket denklemine göre,
Temel fizik derslerinden biliyoruz ki, sabit yavaşlama ile yavaşlamış hareket için, eğer son hız sıfıra eşitse, sbr fren mesafesi aşağıdaki denklem kullanılarak belirlenir:
veya km/s'yi m/s'ye dönüştürmek için dönüştürme katsayısını kullanarak:
Bu denklemde a = μg yazıldığında fren mesafesi denklemi elde edilir:
burada v hızı km/h ve yerçekimi ivmesi g m/s² cinsindendir.
Veya v için çözmek,
Aynı fren mesafesi formülü, enerji yöntemi kullanılarak elde edilebilir.
Aracın kinetik enerjisini dağıtmak için gerekli işi belirlersek teorik fren mesafesi bulunabilir. v hızıyla hareket eden bir araç yavaşlayarak tamamen durursa, kinetik enerjisini tamamen dağıtmak için gereken Wb frenleme işi Ek şu enerjiye eşit olacaktır:
Hareket halindeki bir aracın kinetik enerjisi Ek şu şekilde belirlenir:
burada m kütle aracıdır ve v fren başlangıcındaki araç hızıdır.
Frenleme ile yapılan Wb işi şu şekilde belirlenir:
burada m aracın kütlesi, μ lastikler ve yol arasındaki sürtünme katsayısı, g yerçekimi ivmesi, ve sbr, frenleme sırasında tamamen durana kadar kat edilen mesafedir.
Şimdi, Ek = Wb olduğunu hatırlayarak,
ya da
Aracın fren yapmadan önceki hızı, durma mesafesini etkileyen en önemli faktördür. Sürücünün tanıma tepki süresi, araç fren sisteminin performansı, yol koşulları gibi diğer faktörler durma mesafesinde daha az önemli bileşenlerdir.
Temel fizik derslerinden, sabit ivmede hızlandırılmış hareketin ortalama hızının, ilk ve son hızın yarısına eşit olduğunu biliyoruz:
Son hızın sıfır olduğu göz önüne alındığında, frenleme süresi şu şekilde belirlenir:
Yokuştaki bir araca etki eden kuvvetler: Fg, araca etki eden yerçekimi kuvvetidir (araç ağırlığı), Fgd, araç ağırlığının yokuş aşağı çekme bileşeni, Ffr, yokuşa paralel etki eden sürtünme kuvvetidir, Fgn araç ağırlığının normal bileşenleridir ve Fnr araç ağırlığının normal bileşenlerine eşit tepki kuvvetidir.
Bir sürücü fren pedalına bastığında, yavaşlayan araç eğim açısı θ ile bir yüzey üzerinde kayan bir nesne olarak modellenebilir (resme bakın). Basitleştirmek için, eğimli bir yolda bir araca etki eden yalnızca iki kuvveti dikkate alıyoruz. Bunlar araç ağırlığı ve sürtünme kuvveti. Yol yüzeyine paralel hareket eden sürtünme kuvveti, yine eğime paralel olan araç ağırlığının çekme bileşeninden daha büyük olduğunda, başlangıç hızıyla hareket eden araç yavaşlamaktadır. Aracın başlangıç hızı sıfır ise eğim açısının kritik açıdan küçük olması koşuluyla bu durumda hareket etmiyordur (daha sonra kritik açıdan bahsedeceğiz).
Yerçekimi kuvveti ne zaman FgFfr sürtünme kuvveti bu harekete karşı koyduğu için aracı aşağı çekerse. Aracın durabilmesi için sürtünme kuvvetinin yerçekimi kuvvetinin yokuş aşağı çekme bileşenini Fgd aşması gerekir.
Aynı zamanda sürtünme kuvveti araç ağırlığının çekme bileşeninden daha küçükse araç sabit hızlanma ile aşağı doğru hareket edecek ve frenleri durduramayacaktır. Eğim açısı (veya yol eğimi) çok yüksekse veya sürtünme katsayısı çok düşükse bu gerçekleşebilir (sıradan lastiklere sahip bir arabanın buzlu bir yokuşta nasıl davrandığını unutmayın!)
Sürtünme katsayısının tanımıyla, sürtünme kuvvetinin denklemini yazabiliriz:
ya da
Yokuş aşağı çekme kuvveti:
Bir araca etki eden toplam kuvvet Ftotal
ya da
Daha önce de belirttiğimiz gibi Ftotal yukarıyı göstermelidir, aksi halde yokuş aşağı giden araç durdurulamaz. Newton'un ikinci yasasına göre, Ftotal ile hareket eden aracın ivmesi (veya daha doğrusu yavaşlaması) şu şekilde belirlenir:
Yukarıdaki fren mesafesi formülündeki hızlanma yerine kullanıldığında şu sonuçlar elde edilir:
vön frenlemeyi çözerek şunu elde ederiz:
Bu formüllerde g'nin m/s cinsinden, v'nin km/h cinsinden ve s'nin m cinsinden olduğuna bir kez daha dikkat edin. Hesap makinemizde son iki formül kullanılmaktadır.
San Francisco, CA'daki Divisadero Caddesi'nde park etmiş ve hareket eden arabalar. Buradaki sokağın eğimi %31 veya 17°'dir.
Bir yolun eğimi (eğim veya eğim olarak da adlandırılır), yüzeyinin yataya olan açısının teğetidir. Yükselmenin (dikey mesafe veya eğimin yüksekliğindeki değişim) koşmaya (yatay mesafe) oranı olarak hesaplanır. Eğim derecesinin tanımı gereği, yokuş yukarı sürüş, pozitif bir yokuş eğimine tırmanmak ve yokuş aşağı sürüş yapmak, yükselmenin aslında düşüş anlamına geldiği negatif bir eğim boyunca inmek anlamına gelir. Eğim derecesi σ, yüzde olarak veya oran olarak yataya olan bir eğim açısı olarak ifade edilebilir. Örneğin, metrelik yatay hareket başına 15 metrelik bir artış,% 0,15 veya% 15'lik bir eğime karşılık gelir. Bu hesaplayıcıda notu yüzde olarak kullanıyoruz ve
Δh eğimin yükselişi ve d eğim yolunun yataya izdüşümüdür (resme bakın). Bu değerden θ eğim açısı şu şekilde belirlenebilir
Yolun eğim açısı kritik açı denilen belirli bir değeri aştığında, yokuş aşağı hareket eden araç fren sistemi kullanılarak durdurulamaz çünkü üzerine etkiyen sürtünme kuvveti araç ağırlığının yuvarlanma bileşeninden daha az hale gelir. Bu kritik açı aşağıdaki durumdan bulunabilir:
ya da
ya da
Bu formülden, verilen sürtünme katsayısında aracın durmayacağı kritik açıyı elde edebiliriz:
Bu açıya karşılık gelen yüzde olarak eğim derecesi şu şekilde tanımlanır
Fren mesafesi formülünün kullanımına bir örnek. Bir araba ıslak asfalt beton yokuş aşağı yolda vön fren = 90 km/sa hızla hareket ediyor (sürtünme katsayısı μ = 0,4) σ derecesi = %5 ile. Fren mesafesini hesaplayın. Hesaplamalarımız için yukarıda türetilen formülleri kullanacağız.
Hesap makinesini çeşitli özel modlarda görüntülemek için ilgili bağlantıya tıklayın veya dokunun:
Bu makale Anatoly Zolotkov tarafından yazılmıştır
Hesap makinalarıMekanikler