Κώστας Καββαθάς
Mια γωνιά για τους φίλους του αυτοκινήτου που θέλουν να γίνουν φίλοι της φυσικής και το αντίστροφο.
Έτσι μίλησε ο Αρχιμήδης...
του Διονύση Κωνσταντίνου, Φυσικού
Δοκιμάσατε ποτέ να ξεκινήσετε με 5η; Προφανώς, δε γίνεται, όλοι το γνωρίζουν, όπως γνωρίζουν ότι δεν είναι δυνατόν να αναπτύξουν με 1η ταχύτητα τις μέγιστες ταχύτητες δρόμου που αναπτύσσονται με 4η ή 5η. Η εμπειρία μάς έχει διδάξει ότι, συγκριτικά, οι ταχύτητες αυτές μεγαλώνουν, ενώ το τράβηγμα στον ανήφορο και οι επιταχύνσεις μικραίνουν, καθώς ανεβαίνουμε από την 1η στην 5η με το μοχλό ταχυτήτων. Δείτε, όμως, το στροφόμετρό σας: οι στροφές της μηχανής, άρα και η ισχύς που αποδίδει, είναι ίδιες, είτε κινείστε με 1η και 20 χλμ./ώρα είτε με 5η και 100 χλμ./ώρα. Αυτό που παρεμβάλλεται ανάμεσα στη μηχανή και τους τροχούς και κάνει την ίδια ισχύ άλλοτε να είναι κατάλληλη για μεγάλες ταχύτητες δρόμου και άλλοτε για μεγάλη δύναμη ώθησης είναι το κιβώτιο ταχυτήτων.
Ο πρώτος που μελέτησε θεωρητικά το ζήτημα της βέλτιστης αξιοποίησης μιας δεδομένης δύναμης ή μιας δεδομένης ισχύος ήταν ο Αρχιμήδης, του οποίου οι μελέτες για τις απλές μηχανές αποτέλεσαν το υπόβαθρο πάνω στο οποίο μέχρι σήμερα μελετώνται τα σχετικά ζητήματα. Σ’ αυτόν ανήκει η διατύπωση του νόμου πάνω στον οποίο λειτουργούν οι απλές μηχανές: το κέρδος σε δύναμη αντιστοιχεί ακριβώς σε απώλεια δρόμου και το αντίστροφο.
Μια τέτοια απλή μηχανή είναι ο γρύλος του αυτοκινήτου. Πολλές φορές λέμε ότι πολλαπλασιάζει τη δύναμή μας. Ακριβέστερα, την κάνει κατάλληλη να σηκώσει το αυτοκίνητο. Όμως... το χέρι διαγράφει μια περιφέρεια ακτίνας κοντά στα 20 εκ., ενώ το αυτοκίνητο ανασηκώνεται λιγότερο από 1 εκ. σε κάθε περιστροφή. Μπορούμε, έτσι, να «νικήσουμε» μια δύναμη γύρω στο μισό του βάρους του αυτοκινήτου, με την -περίπου 100 φορές μικρότερη- σωματική μας δύναμη. Το πληρώνουμε όμως σε δρόμο. Το χέρι μας θα διανύσει διαδρομή περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από την ανύψωση του αυτοκινήτου.
Το κιβώτιο ταχυτήτων αποτελείται από γρανάζια, τα οποία συνδέουν το στρόφαλο του κινητήρα με το διαφορικό και μέσω αυτού με τους τροχούς, ενώ συνδέονται και μεταξύ τους με τρόπο που αποφασίζει ο οδηγός και τον εφαρμόζει με το μοχλό επιλογής ταχυτήτων. Πρόκειται για τη βασική διάταξη στο σύστημα μετάδοσης της κίνησης, που λειτουργεί στη βάση του ίδιου νόμου και μας επιτρέπει να δίνουμε έμφαση άλλοτε στο κέρδος σε δύναμη (όταν ξεκινάμε ή όταν θέλουμε μεγάλη επιτάχυνση) και άλλοτε στο κέρδος σε δρόμο (όταν θέλουμε μεγάλη ταχύτητα). Μπορούμε, βέβαια, μέσα σε κάποια όρια να αυξήσουμε και τη δύναμη ώθησης και την ταχύτητα, αν ζητήσουμε από τον κινητήρα μεγαλύτερη ισχύ - απλώς πατάμε γκάζι.
Και ένα τελευταίο: γιατί μετράμε την κατανάλωση σε «λίτρα ανά 100 χλμ.»; Η απάντηση είναι ότι δίνουμε έμφαση στο «κέρδος σε δρόμο», παραβλέποντας το «κέρδος σε δύναμη», γιατί (θεωρούμε ότι) ο κινητήρας θα μας εξασφαλίσει αυτήν που κάθε φορά χρειαζόμαστε. Αν τη μετρούσαμε σε «δύναμη ώθησης ανά λίτρο», τότε η οικονομική κατανάλωση θα ήταν αυτή της 1ης ταχύτητας.