Ne Nedir Nasıl Yapılır?

Son Hız Nasıl Hesaplanır?

Maksimum Hız Nasıl Hesaplanır?

Yazan:Ahmet Berkan KORKMAZ

Aslında aracınızın son hızını görmek için yapmanız gereken boş bir otoban bulup gaza sonuna kadar basmanızdır, fakat bu her zaman ulaşılabilecek bir durum değil. Peki, bir alternatifimiz var mı?
Elbette! Şanslıyız ki fizik ve Newton var. Mühendis arkadaşlar veya LYS’ye hazırlanan arkadaşlar daha iyi bilirler, hareket eden hatta duran her cisim üzerinde bir kuvvet dengesi veya kuvvete dayalı ivmelenme vardır.
Bir araç son hızına çıktığında yaşanan denge ise aynen bu şekildedir. Aracın ürettiği maksimum güç, havanın oluşturduğu sürtünmeye daha fazla karşı koyamayarak bir denge durumu oluşturur. İşte tam bu noktada işe güzel bir kuvvet dengesi denklemiyle işe el atabiliyoruz.

P=Güç                                 (Power) – Watt
F= Kuvvet                          (Force) – Newton
c=Sürtünme Katsayısı     (Drag Coefficient) – Birimsiz
D=Yoğunluk                      (Density) – kg/m3
A=İzdüşüm Alanı             (Projected Area) – m2
v=Hız                                  (Velocity) – m/s

P, otomobilimizin ürettiği güç, bazı kataloglar HP veya PS yanında kW değeri de yazar, yazmazsa bile HP ile 746’yı çarparak Watt değerine geçebilirsiniz. kW varsa ise 1000 ile çarpmanız yeterli.
c, Sürtünme katsayısı otomobil üreticilerinin bize verdiği bir değerdir. Bu değerleri internetten kendi aracınız için kolaylıkla bulabilirsiniz (Kataloglarda ve teknik verilerde yazar genelde).
Örnek verecek olursak Noyan Abimizin F30 BMW 320i ED için bu rakam c=0.26 ki bu değer güncel otomobillere göre oldukça başarılı, hatta standart F30’ların katsayısı bile daha yüksek. Efficient Dynamics boşuna söylenmiş bir laf değil
D, yani burada hava yoğunluğu ise deniz seviyesinde 1.25kg/m3 olarak bilinmektedir.
A, izdüşüm alanını direk otomobilin yükseklik ve genişliğiyle çarparak bulabiliyoruz.
V, yani hız değeri ise denklemde arayacağımız soru işareti
Şimdi yukarıdaki denklemi v’yi hızı bulacak şekilde yeniden düzenleyelim;

Hemen bir deneme yapalım o zaman, diyelim ki bir Bugatti Veyron var elimizde
P=1200HP=170×746= 895200 Watt
c=0.35 (oldukça kötü aslında)
D= 1.25kg/m3 (Diyelim ki Antalya’da deniz seviyesindeyiz)
A= genişlik x yükseklik = 2,000 m x 1,190m = 2,380 m2

Sonuç ne kadar mı doğru bir göz atın
https://www.youtube.com/watch?v=aUpF_pTWbp8
Sizde arabanıza ait hesabınızı yapın ve deneyin, aşağıya kafanıza takılabilecek noktalarla ilgili soru cevap hazırladım, incelemenizi tavsiye ederim.

Aracım yukarıdaki hesaba göre daha çok basıyor, yanlışın var hocam?
Denkleme dikkatle bakıldığında aslında bir tane çok ciddi değişken var,  oda hava yoğunluğu. Hava yoğunluğu sıcaklık arttıkça ve yükseğe çıkıldıkça azalır, yani hava sürtünmesi azalır bu sayede aracın maksimum hızında belirgin artışlar görülebilir.
Bir ikincisi tabiki eğim. Bunu açıklamaya gerek duymuyorum

Aracın izdüşüm alanında yerden yüksekliği aldın,  arabanın altında boşluk var hocam o nolcak?
Araba ile yüksek süratle gittiğinizde hava ve siz arasında çok ciddi bir savaş olur ve araç arkasında türbülanslar oluşturursunuz, bu nedenle araç önüne çarpan hava taneciklerini olabildiğince yumuşak şekilde dağıtarak belli pathlere (yol diyebiliriz) sokmak zorundasınız. Aracın alt kısmına gelen hava ise genellikle ya kenarlara doğru kıvrım verilerek sağa sola yönlendirilir, ya da tampon üstündeki ızgaralardan alınarak hava kanalları ile taşınmaya çalışılır, geriye kalan hava ise yerden nerdeyse bir çizgi dizileri gibi asfaltın hemen üzerinden akar. İşte tampona kuvvetle çarpan hava yüzünden, bu tanecikler ince yere doğru yönelmektedir, bu nedenle de aracın ön yüzü tamamen sürtünmeye maruz kalıyormuş gibi hesaba katılır. Canı isteyen bu hava akışındaki yükseklik ve genişlikten kaynaklanan bölgeyi çıkartabilir fakat bu etki ihmal edilecek kadar küçük olduğundan yapacağınız hesap gereksiz bir matematik çilesine dönecektir. (Zaten akışkanlar mekaniğinde hesap işi çok komplekstir). Umarım anlatabilmişimdir. Yardımcı olması açısından şu videoda aracın altına giden kısma dikkatle bakın https://www.youtube.com/watch?v=T7tsIwP8i2A

Hocam hesap yanlış arabanın ağırlığı, şanzıman dişli oranı torku, lastiği vs. hesaba katmadan iş mi yapılır?
Öncelikle arabanın ağırlığı ile son hızı tamamen bağımsızdır. Ağırlık yalnızca aracın ivmelenmesinin süresi üzerine etki gösterir (F=m.a). Şanzıman, tork, yürüyen aksam, lastik ebatı gibi etkenler aracın son hızını etkilemezler! Neden!? Çünkü denkleme dikkatle bakarsanız kuvvet dengesi direk olarak arabanın ürettiği maksimum güce bağlıdır. Vites, lastik ebatı, jant boyutu bu konuya etki etmemektedir. Her ne kadar lastik ebatı ve jant boyutu yol sürtünmesine ve moment of inertia (atalet) kaybına neden olsa da bunun ivmelenme dışında son hıza etkisi yok denecek kadar az olduğundan hesaba katılmazlar.

Hocam ağırlık teker sürtünmelerini arttıracaktır bu son hızı değiştir, aynı motoru hafif araca takarsanız da son hız değişir. Ayrıca değişen dişli oranı da son hıza etki eder, şanzıman kısa olsaydı Veyron o hızda gidemezdi, sorun nerde?
Teker sürtünmesinin etkili olduğu en önemli yer aracın ilk kalkışıdır. Statik sürtünme dediğimiz bu kuvvet gerçekten güçlüdür, ayrıca kütleyi harekete geçirmedeki en büyük engeldir. Hatta bu nedenle araçlar ilk kalkışlarda çok fazla yakıt tüketirler (dur kalk trafik vb.)
Teker sürtünmesinin hız arttıkça etkisi azalır, araç hızlandıkça siz farkında olmasanız da yüzey alanı bir miktar düşer fakat bunun son hıza etkisi değil, son hıza ulaşmak için geçen sürede ufak bir miktar etkisi vardır. Öyle olsaydı tüm spor otomobiller incecik lastikler kullanırdı öyle değil mi?
Araç ağırlığıyla son hızın hiçbir alakası yoktur, yalnızca yokuş aşağı ve yukarı gittiğinizde araç ağırlığı kuvvet dengesini değiştirdiğinden etkisi görülebilir, örnek de verelim bir tane.
Fabia HB ve Fabia SW, ağır olan Combi aracın son hızı 199 km/sa iken daha hafif olan Fabia HB 196 km/h, ama 0-100 km/sa ivmelenme F=m.a yani direk kütleye bağlı olduğundan HB, Combi’den daha hızlı.
http://www.skoda.com.tr/sitecollectiondocuments/00000fabia-my-2016-2.pdf (22.sf)
Daha çarpıcı bir örnek verelim:
Aynı motora sahip 220i ve 120i’nin teknik detaylarına bakalım;
http://www.bmw.de/de/neufahrzeuge/2er/coupe/2013/technische-daten.html
http://www.bmw.de/de/neufahrzeuge/1er/3-tuerer/2015/technische-daten.html
Yaklaşık 25 KG daha ağır ve LASTİK EBATLARI DAHA GENİŞ OLAN 2.20i’nin son hızı 230 KM/h iken 120i’nin son hızı 235KM/h saattir. Bu nasıl oluyor peki!? Sanırım bu miti de böylece çürütmüş oluyoruz. İsteyen daha çok örneğe bakabilir (Bu arada farkın sebebi sürtünme katsayısı).
Gelelim şanzıman oranlarına, piyasada birçok otomobil artık 8 hatta 9 oranlı otomatik vitesli araçlar üretiyor, hatta Porsche 991 Turbo S modelinde bile ekstra daha büyük oranlı son vites var, fakat bu otomobiller son hızdayken 8. Veya 9. Vitesi kullanmıyorlar, NEDEN? Çünkü son viteste motorun güç üretimi, son dişlinin tork ve açısal momentumdan dolayı iç enerji kayıplarını arttırmaktadır, bu nedenle son hıza ulaştığımız dip gaz durumunda bu vitesi araç kullanmamaktadır, aksi takdirde aracın hızı düşmektedir. Büyük dişli ile daha yüksek son hız olayı bu nedenle yanlıştır.
Ama aracın ivmelenmesi ve yakıt tüketiminde tasarruf amaçlarıyla günümüzde yaygın olarak çok vitesli hatta CVT (sürekli değişken şanzıman) otomobiller piyasada yer almaktadır.
Âcizane tavsiyem, lütfen kulaktan dolma bilgilere itibar etmeyiniz, yukarıda kullanılan denklemler bana ait olmayıp Otomobil Mekaniği için tüm firmaların kullandığı genel fizik eşitlikleridir.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir