رمزگشایی از نبرد تسلا سایبرتراک با F-150 +ویدئو

اقتصاد۲۴-    در این بخش از مراسم، آقای ماسک و مدیر دپارتمان طراحی تسلا قصد داشتند با ضربات پتک به بدنه و پرتاب گوی به سمت شیشه ها، مقاومت بالای پیکاپ خود را به رخ بکشند که البته با فرو رفتن گوی در شیشه جانبی و ایجاد حفره‌ای بزرگ، کاملا ناکام مانده و باعث بهت خود و دیگر حضار شدند!



اما پخش کلیپی از مسابقه طناب کشی تسلا سایبرتراک و فورد F-۱۵۰ دیگر حاشیه مربوط به مراسم رونمایی بود.

در این کلیپ طبق انتظار سایبرتراک توانست به راحتی آب خوردن و به شکلی تحقیرآمیز پیکاپ فوق العاده پرطرفدار F-۱۵۰ را به دنبال خود بکشد.

اگر چه در ابتدا این موضوع برای افراد بسیاری غیرمنتظره و جذاب بود، ولی با اظهارنظر‌های تخصصی برخی کارشناسان مشخص شد تسلا و ایلان ماسک با متوسل شدن به قوانین فیزیک و شیطنت در انتخاب رقیب شرایط را به نفع پیکاپ خود تغییر داده اند.

 

مسابقه طناب کشی خودرو‌ها

این دسته از کارشناسان حتی پا را فراتر نهاده و معتقدند پیروزی یک خودرو در مسابقه طناب کشی، از جمله غلبه تسلا سایبرتراک بر فورد F-۱۵۰، هیچ اهمیتی نداشته و نشان از برتری یا بهتر بودن نیست.

حال سوالی که به ذهن خطور می‌کند اینست که چرا طناب کشی معیار خوبی برای ارزیابی توانمندی یا برتری خودرو‌ها نبوده و از دید کارشناسان اهمیتی ندارد؟ در نوشتار حاضر قصد داریم به طور مفصل به این موضوع پرداخته و یک بار برای همیشه پرونده مسابقات طناب کشی را ببندیم.

عامل مهمی به نام اصطکاک
همین ابتدا باید گفت مهم‌ترین فاکتور در یک مسابقه طناب کشی اصطکاک و چسبندگی است و فاکتور‌های دیگری، چون قدرت و گشتاور در اولویت‌های بعدی قرار دارند.

تصور کنید موتور خودرویی قدرت و گشتاور بسیار بالایی تولید کند، اما بنا به دلایلی تایر‌های آن اصطکاک کافی با سطح زمین را نداشته باشند.

واضح است که این خودرو در برابر مدلی با موتور ضعیف تر، ولی چسبندگی بهتر به اصطلاح کم خواهد آورد.

 

یکی از معروف‌ترین و پر سر و صداترین مسابقات طناب کشی برگزار شده در سال‌های اخیر؛ در این مسابقه پیکاپ دو دیفرانسیل شورولت سیلورادو موفق به کشیدن کشنده سنگین می‌شود.

وجود وزنه در قسمت بار سیلورادو و چسبندگی ضعیف تایر چرخ‌های محرک کشنده به دلیل نبود وزن کافی روی آن‌ها از دلایل اصلی رقم خوردن این نتیجه هستند

به طور کلی اصطکاک مبحث پیچیده‌ای بوده و به دو نوع جنبشی و ایستایی تقسیم می‌شود. برای اندازه گیری اصطکاک ایستایی بین دو سطح غیر لغزنده فرمول زیر کاربرد دارد. در این فرمول µs ضریب اصطکاک و N نیروی عمودی است.

 

پیش از پرداختن به جزئیات باز هم از یک مثال ساده استفاده می‌کنیم. همانند تصویر زیر یک کتاب یا هر جسم دیگر را روی میز بگذارید. حال آن را از کنار فشار دهید، اما نه به قدری که شروع به حرکت کند.


از آنجایی که جسم حرکتی ندارد، برآیند نیرو‌های وارد شده به آن برابر با صفر نیوتن است.

به عبارت بهتر نیرویی که شما به جسم وارد می‌کنید تا مثلا به سمت راست حرکت کند، با مقداری نیروی اصطکاکی که آن را به سمت چپ هل می‌دهد برابر است.

حالا مثل تصویر زیر با یک دست جسم را به سمت پایین فشار داده و با دست دیگر سعی کنید آن را هل دهید. حتما خواهید دید که علی رغم وارد کردن نیروی جانبی بیشتر جسم هنوز تکان نمی‌خورد. این امر با افزایش نیروی اصطکاک در ارتباط است. برای درک بهتر باید به فاکتور دیگری به نام نیروی نرمال بپردازیم.

 

در مثال فوق، وقتی شما جسم را به سمت پایین فشار می‌دهید، میز هم آن را با نیرویی برابر و در جهت عکس به سمت بالا فشار می‌دهد تا از ورود آن به داخل خود جلوگیری کند. این نیرو "نیروی نرمال" نامیده می‌شود، چون که نسبت به سطح عمودی بوده و مثل همان نیرویی عمل می‌کند که شما را از فرو رفتن در داخل زمین به خاطر نیروی جاذبه باز می‌دارد.

نیروی نرمال نقشی بسیار مهم و کلیدی ایفا می‌کند، چرا که میزان نیروی اصطکاک به طور مستقیم به آن وابسته است. در مثال بالا دیدید که هر چه فشار به سمت پایین بیشتر باشد، مقاومت اصطکاکی نسبت به حرکت جانبی افزایش می‌یابد.

جرم بیشتر، اصطکاک بهتر

حال به فرمول اصلی باز می‌گردیم. طبق این فرمول نیروی اصطکاک ایستایی (Ff) – مقدار نیرویی که دو سطح را نسبت به هم ثابت و بدون حرکت نگه می‌دارد – کمتر یا مساوی است با مقدار نیروی نرمال (N) ضربدر ضریب اصطکاک ایستایی (μs). این نیرو در واقع بر میزان نیروی جانبی که جسم توان تحمل آن را دارد، محدودیت اعمال می‌کند.

به عبارت دیگر، هر موقع مقدار نیروی جانبی از عدد بدست آمده در سمت راست معادله بیشتر شود، جسم شروع به حرکت خواهد کرد.

 

 

ضریب اصطکاک شاخص واحدی نداشته و بسته به جنس سطوحی که با هم در تماس هستند، معمولا بین ۰ الی ۱ متغیر است.

به عنوان نمونه فولاد روی یخ ضریب اصطکاک پایینی دارد، به همین جهت کشیدن یا هل دادن سورتمه روی یک سطح یخ بسته بسیار آسان است.

در مقابل ضریب اصطکاک تایر خودرو و آسفالت بسیار بیشتر بوده و چیزی در حدود ۰.۷ محاسبه می‌شود.

از آنجایی که میزان چسبندگی تایر‌های مختلف با هم متفاوت است، می‌توان نوع تایر را نیز در نتیجه مسابقه طناب کشی دخیل دانست.



اکنون که با برخی از مباحث پایه فیزیک آشنا شدید، به سراغ مسابقه طناب کشی بین دو خودرو می‌رویم. در چنین مسابقه‌ای نیرو‌های وارده مطابق شکل زیر خواهد بود.



به دلیل اینکه خودرو‌ها به سمت بالا یا پایین حرکت نمی‌کنند، مجموع نیرو‌های عمودی برابر با صفر نیوتن است، به این معنی که نیروی نرمال مقداری برابر با نیروی گرانشی دارد. موضوع از اینجا به بعد جالب‌تر می‌شود، چرا که نیروی گرانشی به جرم خودرو‌ها بستگی دارد و هر چه خودرویی سنگین‌تر باشد، نیروی نرمال آن نیز بیشتر است.

بسیار خب، جهت‌های افقی چطور؟ در طناب کشی سایبرتراک و F-۱۵۰، نیروی اصطکاک هر مدلی که بیشتر از نیروی کششی به سمت عقب باشد، رو به جلو حرکت کرده و برنده خواهد شد. اما در این بین یک نکته بسیار مهم وجود دارد و همانگونه که اشاره کردیم جرم بیشتر مساوی است با نیروی نرمال بیشتر، این امر نیز به نوبه خود باعث ایجاد نیروی اصطکاک بیشتر می‌شود؛ بنابراین باید گفت جرم از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.

برای نشان دادن نقش مباحث فوق در دنیای واقعی، با استفاده از دو خودروی اسباب بازی به شبیه سازی مسابقه طناب کشی می‌پردازیم. در آزمایش اول خودروی قرمز رنگ نیروی خود را از دو باتری دریافت می‌کند، حال آنکه خودروی آبی توسط یک باتری تغذیه می‌شود. به نظر شما در مسابقه طناب کشی این دو برنده کدام خواهد بود؟

 

 

 

 

برنده شدن خودروی قرمز که از دو باتری سود می‌برد، جای هیچ تعجبی ندارد. اما چنانچه به خودروی آبی که دارای یک باتری است، جرم اضافه شود چه اتفاقی رخ خواهد داد؟ همانطور که در ویدیوی زیر می‌توانید مشاهده فرمایید، با این کار شرایط به نفع خودروی آبی تغییر پیدا کرده و به لطف جرم بیشتر، رقیب قدرتمندتر را به دنبال خود می‌کشد.

 

 

 

بررسی دقیق‌تر کلیپی که ایلان ماسک در جریان رونمایی سایبرتراک پخش کرد، نشان می‌دهد F-۱۵۰ حاضر در مسابقه طناب کشی نسخه STX با موتور ۲.۷ لیتری اکوبوست است. این موتور ۳۲۵ اسب بخار قدرت و ۵۴۲ نیوتن متر گشتاور تولید کرده و در تریم STX تنها محور عقب را به حرکت در می‌آورد؛ هرزگردی تنها چرخ‌های عقب می‌تواند گواهی بر این ادعا باشد. F-۱۵۰ حاضر در این تست وزنی کمتر از ۲ تن دارد.

 

 

در مقابل به نظر می‌رسد سایبرتراک به کار برده شده در این مسابقه به پیشرانه دو یا سه موتوره مجهز باشد؛ این پیشرانه که به گفته برخی با نمونه حاضر در مدل X پرفورمنش مشترک است، احتمالا چیزی در حدود ۷۸۰ اسب بخار قدرت و نزدیک به ۱۲۰۰ نیوتن متر گشتاور تولید می‌کند.

همچنین با توجه به درخواست تسلا مبنی بر طبقه بندی شدن سایبرتراک در کلاس پیکاپ‌های medium-duty، می‌توان حدس زد این خودرو وزنی بالای ۳.۸ تن دارد. پس اکنون بهتر متوجه می‌شوید که چرا ایرادات زیادی به کلیپ مذکور گرفته شده است.


سخن پایانی اینکه به دلیل نقش بسیار پررنگ جرم، اصطکاک و میزان چسبندگی در تعیین برنده مسابقه طناب کشی خودروها، برتری یک مدل لزوما به معنای مناسب‌تر بودن آن در کاربرد‌های روزمره یا توانایی‌های حرکتی بهتر نیست.