生活科普:車輛刹車靠摩擦,輪船刹車靠什麽?
來源:科學信仰
發布時間:2022-05-13
瀏覽次數:1048

版權歸原作者所有,如有侵權,請聯係我們(men)

任何車輛的安全行駛都少不了製動裝置,機動車如此,非機動車也是如此。

不論是什麽(me) 樣的車輛,它們(men) 的製動原理本質上都是相同的,就是利用摩擦力。汽車依靠的就是刹車碟片,其原理也比較簡單,就是用卡鉗夾住刹車盤,從(cong) 而利用摩擦力使車輛停止運動。既然是利用摩擦力,所以卡鉗與(yu) 刹車盤的接觸麵積就顯得尤為(wei) 重要,比如F1賽車的卡鉗就要比普通汽車大很多,所以製動能力也要強很多,一輛時速為(wei) 100公裏的普通汽車從(cong) 緊急製動到完全停下大概需要4、5秒鍾的時間,而一輛時速400的F1方程式賽車所需要的時間也僅(jin) 為(wei) 4秒。汽車依靠摩擦力實現製動,自行車同樣如此,也是利用刹車皮與(yu) 車輪的摩擦來進行刹車的。

在陸地上行駛的車輛都有刹車,那麽(me) 在大海中航行的巨輪是否也有刹車呢?

很多人也許會(hui) 認為(wei) 沒有,如果輪船也有刹車的話,泰坦尼克號又怎麽(me) 會(hui) 撞上冰山呢?事實上並非如此,輪船還真是有刹車,隻不過輪船從(cong) 緊急製動到完全停下來要花更長的時間。一般而言,一艘集裝箱貨輪的製動時間大概在10分鍾左右,從(cong) 開始製動到完全停下來還要滑過2公裏左右的距離。這製動時間也太長了吧?如果與(yu) 陸地上行駛的車輛相比,輪船的製動時間確實是長了點,不過這也完全夠用了,因為(wei) 在廣闊無邊的大海上,幾乎不會(hui) 出現需要緊急製動的情況,所以製動時間長一點也是可以接受的。

輪船的製動時間長,其實也是一件沒有辦法的事情。

在陸地上,我們(men) 隻需要讓車輪停止轉動,地麵強大的摩擦力自然就能夠讓車輛停下來,但是海洋中就不同了。輪船的四周都是水,所以即便輪船的動力裝置完全停止運作,輪船依舊可以向前航行很長的時間和很遠的距離,由此可見,隻是單純的讓螺旋槳停止轉動是不行的,想要讓輪船停下來,不僅(jin) 螺旋槳要停止轉動,還要與(yu) 原來的方向反著轉,給輪船施加一個(ge) 相反的動力,如此才能夠保證讓輪船在十幾分鍾內(nei) 刹住船。那麽(me) 怎樣才能夠讓螺旋槳反著轉呢?

如果聯係汽車的動力係統來看,讓螺旋槳反轉似乎也不是什麽(me) 難事,隻需要依靠齒輪箱就可以了。

的確,依靠齒輪箱可以讓螺旋槳實現反轉,但問題是大型的集裝箱貨輪通常都不會(hui) 裝備齒輪箱,眾(zhong) 所周知,齒輪箱的主要作用就是調速,而大型貨輪發動機的轉速是很慢的,再裝備一個(ge) 齒輪箱調速是完全沒有必要的。既然大型貨輪的螺旋槳是直接與(yu) 發動機相連的,那麽(me) 想讓螺旋槳反轉就隻有一個(ge) 方法,那就是讓發動機反轉。這個(ge) 事如果放在汽車的身上,那就是個(ge) 笑話,因為(wei) 總不能每次倒車都先把發動機熄火再重啟吧?但放在輪船身上就很合理了,因為(wei) 輪船所使用的是兩(liang) 衝(chong) 程的柴油發動機。

簡單來講,兩(liang) 衝(chong) 程的柴油發動機工作原理是這樣的。

當柴油混合空氣發生爆炸後,會(hui) 將活塞向下推動,當活塞下降過氣缸底部的進氣口時,經過渦輪加壓的空氣會(hui) 進入氣缸,同時頂部的排氣口會(hui) 打開,廢棄開始排出。接下來活塞會(hui) 在慣性作用下向上運動,向上運動的活塞不斷壓縮頂部氣體(ti) ,使溫度和壓力都不斷提升,此時噴油裝置會(hui) 打開向內(nei) 噴油,於(yu) 是再次發生爆炸,一次新的循環有開始了。從(cong) 柴油發動機的工作原理可知,要讓其反過來轉並不難。首先先要切斷燃油供應,然後再從(cong) 氣缸上部注入氣體(ti) ,讓活塞運動逐漸停止,此時將負責排氣和噴油的凸輪調整到相反的位置,然後再恢複供油,發動機就會(hui) 按照與(yu) 之前相反的方向轉動了,這個(ge) 過程可以說是一氣嗬成。

通過讓發動機反轉從(cong) 而實現螺旋槳反轉,是大型貨輪最常用的製動方式,那麽(me) 如此之外,是否還有其它方法呢?有,比如使用可變螺距的螺旋槳。

可變螺距螺旋槳的製動原理也很簡單,就是在轉動方向不變的情況下改變槳葉的角度,從(cong) 而改變螺旋槳的動力方向。這就類似於(yu) 我們(men) 家裏的電風扇,如果將每一個(ge) 扇葉的角度做一下變化,它就能夠從(cong) 向前吹風變為(wei) 向後吹風。不過這種螺旋槳構造複雜,由於(yu) 本身過於(yu) 厚重,也更容易被腐蝕,所以如果不是過分追求靈活性的船隻,是不會(hui) 采用這種方法的。



歡迎掃碼關(guan) 注深圳科普!

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物!


聽說,打賞我的人最後都找到了真愛。
做科普,我們是認真的!
掃描關注深i科普公眾號
加入科普活動群
  • 參加最新科普活動
  • 認識科普小朋友
  • 成為科學小記者