Cơ chế và chức năng Bánh xe

Bánh xe ô tô BMW

Lực cản thấp đối với chuyển động (so với lực kéo) của bánh xe được giải thích như sau (tham khảo ma sát):

  • lực pháp tuyến tại mặt trượt là như nhau.
  • khoảng cách trượt giảm trong một quãng đường di chuyển nhất định.
  • hệ số ma sát ở mặt phân cách thường thấp hơn.

Vòng bi được sử dụng để giúp giảm ma sát ở giao diện. Trong trường hợp đơn giản nhất và lâu đời nhất, ổ trục chỉ là một lỗ tròn mà trục đi qua (một " ổ trục trơn ").

Thí dụ:

  • Nếu vật 100 kg được kéo đi trong 10 m dọc theo bề mặt có hệ số ma sát μ = 0,5, lực pháp tuyến là 981 Ncông thực hiện (năng lượng cần thiết) là (công = lực x quãng đường) 981 × 0,5 × 10 = 4905 jun.
  • Bây giờ cung cấp cho đối tượng 4 bánh xe. Lực pháp tuyến giữa 4 bánh xe và trục xe là như nhau (tổng cộng) 981 N. Giả sử, đối với gỗ, μ   = 0,25 và nói đường kính bánh xe là 1000   mm và đường kính trục là 50 mm. Vậy trong khi vật vẫn chuyển động 10 m thì các mặt ma sát trượt chỉ trượt qua nhau một đoạn 0,5 m. Công cần thực hiện là 981 × 0,25 × 0,5 = 123 jun; công phải thực hiện đã giảm xuống còn 1/40 công khi kéo vật.

Năng lượng bổ sung bị mất khi truyền lực từ bánh xe sang đường. Đây được gọi là lực ma sát lăn mà chủ yếu là sự mất biến dạng. Năng lượng này cũng được hạ thấp khi sử dụng một bánh xe (so với kéo) vì lực tịnh trên điểm tiếp xúc giữa đường và bánh xe gần như vuông góc với mặt đất, và do đó, tạo ra một công gần như bằng không. Điều này phụ thuộc vào bản chất của mặt đất, vật liệu của bánh xe, độ trượt của nó trong trường hợp lốp, mô-men xoắn thực do động cơ cuối cùng tạo ra, và nhiều yếu tố khác.

Một bánh xe cũng có thể mang lại lợi thế khi đi qua các bề mặt không đều nếu bán kính bánh xe đủ lớn so với các bề mặt không đều.

Chỉ riêng bánh xe không phải là máy móc mà khi gắn vào trục kết hợp với ổ trục sẽ tạo thành bánh xe và trục xe, một trong những máy móc đơn giản. Bánh xe dẫn động là một ví dụ về bánh xe và trục. Bánh xe có niên đại trước khoảng 6000 năm, bản thân nó là một sự phát triển của việc sử dụng các khúc gỗ tròn làm con lăn để di chuyển một tải nặng — một thực tiễn đã có từ trước lịch sử cho đến nay vẫn chưa có niên đại được ghi lại.