V poslednom diele série článkov o fyzikálnych jednotkách sa pozrieme na veličiny a ich jednotky súvisiace s autami. Možno tak ľuďom, ktorí autám ani nevenujú pozornosť, ukážeme, že sa tam predsa len dá nájsť veľa zaujímavého.
Pri autách vám asi prídu na myseľ ako prvé rýchla jazda a rachot motora. O rýchlosti a výkone sme už hovorili a v prípade áut sa tu nedeje nič špeciálne nové. Výkon motora hovorí o tom, ako rýchlo vie dodávať autu energiu – na zvyšovanie tej kinetickej alebo potenciálnej a na prekonávanie odporových síl.
Zrýchlenie
Veličina, ktorá s autami úzko súvisí, je veľmi bežná a ešte sme o nej nehovorili, je zrýchlenie. To sa v prípade áut skrýva v údaji o tom, za koľko sekúnd vozidlo zrýchli z pokoja na nejakú referenčnú rýchlosť, zväčša 100 km/h. Z toho vidíme, že jednotkou je kilometer za hodinu za sekundu, čo korešponduje s predstavou zrýchlenia ako zmeny rýchlosti za čas. A vysvetľuje možno trochu kryptickú jednotku m/s2 známu zo stredoškolských hodín fyziky.
Zrýchlenie, s ktorým sa bežne stretávame, je gravitačné so svojou štandardnou hodnotou 9,81 m/s2. Za sekundu teda naberieme z nuly rýchlosť takmer 10 m/s alebo 36 km/h. Ide vlastne o možnú jednotku zrýchlenia a v niektorých situáciách – napríklad pri horských dráhach alebo štartoch vesmírnych rakiet – sa zrýchlenia udávajú ako násobok tejto hodnoty v jednotkách g.
Spotreba paliva
Ďalším číslom, ktoré hrá pri autách dôležitú úlohu, je spotreba paliva, povestné litre na sto kilometrov. Celkom priamočiaro táto hodnota hovorí, koľko litrov paliva by auto potrebovalo, aby prešlo sto kilometrov. Ide však o priemernú spotrebu a ak ste niekedy šoférovali auto s ukazovateľom okamžitej spotreby, tak viete, že táto hodnota počas jazdy výrazne kolíše. Napríklad pri rozbiehaní môže dosahovať niekoľkonásobok priemernej hodnoty.
V iných krajinách sa však používa aj opačný spôsob na určenie spotreby – vzdialenosťou, ktorú auto prejde použitím daného množstva paliva –, vtedy jednotkou zvykne byť míľa na galón. No a nájsť prevodový vzorec medzi týmito dvomi jednotkami je skvelou skúškou zo zámeny jednotiek.
Rozdiely
Aký je v týchto dvoch prístupoch rozdiel? Prvý lepšie zachytáva rozdiely pri autách s vysokou spotrebou. Medzi autami so spotrebou 14 a 15 l/100 km a autami so spotrebou 5 a 6 l/100 km je taký istý číselný rozdiel, ale po technologickej stránke je ten druhý oveľa významnejší. Opak platí o spotrebách udávaných druhým spôsobom, ktorý lepšie zachytáva rozdiely medzi autami s veľmi nízkou spotrebou.
Ďalší rozdiel je tak trochu historický. Prvý spôsob je dôležitejší, keď vás nezaujíma ani tak, koľko paliva potrebujete, ale koľko bude stáť cesta, na ktorú sa chystáte. Druhý je zasa praktickejší, keď potrebujete vedieť, akú vzdialenosť vie vaše auto prejsť s množstvom paliva, ktoré máte momentálne v nádrži.
Keď sa nad tým zamyslíte, jednotka spotreby l/100 km je jednotkou plochy, po všetkom vykrátení sa z nej stanú štvorcové metre. A také veci zvyknú mať peknú interpretáciu. Môžete sa nad tým zamyslieť samostatne, ale pre tých, ktorí sa chcú len zabaviť, napíšeme výsledok. Ide o plochu valca, z ktorého by auto pri svojej jazde bralo palivo tak, aby pri pohybe dopredu vždy nabralo presne toľko, koľko na toto posunutie spáli.
Hustota energie
A keďže modernej dobe neujdeme, spomeňme na záver ešte elektrické autá. Keďže tie nepália palivo, ich spotreba sa nedá udávať ani jedným z týchto spôsobov. Používa sa jednotka kWh/100 km, t. j. priamo energia, ktorú auto na prejdenie tejto vzdialenosti spotrebuje. To je dané hlavne tým, že takéto autá nabíjame priamo z elektrickej siete a tam sme zvyknutí hovoriť o spotrebovanej energii v takýchto jednotkách.
Kapacita batérií elektroáut sa tiež udáva v energii, ktorá je v nich uložená. Nabíjačky sú charakterizované energiou, ktorú do batérie za daný čas vedia dodať, alebo v kWh za hodinu. Počkať! To sú predsa kilowatty. A tak sme sa okľukou vrátili späť k prirodzenej jednotke výkonu, o ktorej sme písali v Quarku 10/2023.
Na úplný záver si odpovedzme na otázku, kde sa v prípade benzínových áut objaví energia. Je skrytá v samotnom palive a v tom, koľko energie sa uvoľní – resp. koľko jej vieme využiť – pri spálení daného objemu benzínu alebo nafty. Táto veličina sa udáva v jouloch alebo kilowatthodinách na liter a ide o hustotu energie. Ak ste dočítali až sem, určite vás táto téma zaujíma do takej miery, že si niekde na webe nájdete jej číselnú hodnotu, údaje o niekoľkých autách a pustíte sa do prepočítavania. Alebo nájdete napríklad výkon pištole na bežnej čerpacej stanici. Príjemnú zábavu.
Juraj Tekel
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.
