เนื่องจากว่าน้ำมันเป็นต้นทุนสำคัญของการดำเนินธุรกิจ ถ้าเราใช้อย่างคุ้มค่าก็จะช่วยโลกได้เยอะและประหยัดต้นทุนได้ด้วย
ตัวผมไม่มีอาชีพที่แน่นอน ไม่ได้เก่ง หากข้อมูลผิดพลาดก็อยากให้ชี้แนะด้วยครับ
จุดประสงค์ของการตั้งกระทู้นี้เพราะอยากพูดคุยและแลกเปลี่ยนความรู้ที่สามารถใช้ในการประหยัดน้ำมัน ตัวผมไม่รู้เรื่องรถมาก่อนเลยว่าทำงานยังไง แต่หลังจากศึกษา 2-3 ชั่วโมง จึงอยากจะลองพูดคุยในหัวข้อนี้ดูกับเพื่อน ๆ ครับ เพราะคิดว่าจะเป็นประโยชน์ไม่น้อย โดยผมจะเน้นการพูดคุยในการเอาฟิสิกส์และตัวเลขมาอธิบายนะครับ ถ้าเอาแค่คำพูดมาคุยโดยไม่มีตัวเลขมันก็ยังไงอยู่ในความคิดผม เพราะผมคิดว่าตัวเลขเป็นภาษาหนึ่งที่นำมาใช้อธิบายความจริงตามธรรมชาติที่มนุษย์ไปค้นพบได้ดีที่สุด
การทำให้รถยนต์เคลื่อนที่ไปข้างหน้าต้องใช้พลังงาน พลังงานน่าจะมี 2 แบบ คือมาจากน้ำมันถ้าเป็นรถที่เราคุ้นเคย หรือไฟฟ้า ซึ่งผมไม่ได้พูดถึงรถไฟฟ้าในตอนนี้เพราะยังมองว่ามันยังไม่นิ่งทั้งในเรื่องของราคาและความสะดวก ในอีก 10 ปี จะมองใหม่ ท่านไหนที่ใช้ผมก็มองว่าดีนะ เพราะสะอาดกว่าน้ำมันในความคิดผม
ทีนี้เลยมาโฟกัสที่น้ำมันกัน จากที่บอกไปว่าน้ำมันเป็นพลังงาน เราจะเดินก็ต้องกินข้าว ไม่งั้นคงไม่มีแรงเดิน เดินไกลก็ใช้พลังงานเยอะ เดินเร็วก็เหนื่อย รถยนต์จะเคลื่อนที่ก็ต้องใช้น้ำมันเป็นพลังงานในการเร่งเพื่อพารถไปยังจุดหมาย
ผมคิดว่าการนำสมการไม่กี่สมการในฟิสิกส์ม.ต้นและม.ปลาย มาอธิบายน่าจะเข้าใจง่ายที่สุด โดยสมการแรกมาจากกฎข้อที่ 2 ของนิวตัน แรง(F) = มวล(m)*ความเร่ง(a) และสมการที่สองคือ งานหรือพลังงาน(W)=แรง(F)*ระยะทาง(s) จึงได้สมการ พลังงาน(W)=มวล(m)*ความเร่ง(a)*ระยะทาง(s)
จะสังเกตได้ว่าพลังงานแปรผันตรงกับ มวล ความเร่ง และระยะทาง
แสดงว่าถ้าเราลดมวล ซึ่งก็คือลดของที่บรรทุกในรถ ใช้รถคันที่พอดีกับการใช้ประจำวัน ไม่เล็กใหญ่เกินไป หรือลดน้ำหนักของคนโดยสารก็ช่วยได้นิดหน่อยครับ จึงต้องใช้พลังงาน(ออกกำลังกาย) ไม่ได้ล้อเล่นนะครับ 5555
การควบคุมความเร่งก็เช่นกัน ซึ่งผมมองว่าอันนี้เหมาะที่สุดถ้าเราจะเจาะลึกลงไป เพราะผมคิดว่ามันเป็นศิลปะอย่างหนึ่งในการควบคุมความเร่งเพื่อประหนัดน้ำมันมากสุด เร่งอย่างไรให้ใช้พลังงานซึ่งก็คือน้ำมันให้พารถไปไกลที่สุด ซึ่งก็คือคุ้มค่าที่สุด
และตัวแปรสุดท้ายคือระยะทาง คงลดยากเพราะถนนมันก็มีไม่กี่เส้นทางที่จะไปถึงจุดหมาย ไปทางไม่คุ้น ขึ้นทางด่วน ช้าไว ใกล้ไกล อาจจะไม่คุ้ม ขอตัดออกไปไม่นำมาพิจารณา แต่ถ้าระยะทางจุดหมายใกล้ก็ประหยัดกว่าเดินทางไปที่ไกลอยู่แล้ว แต่เราไปเพิ่มลดลำบาก ยังไงใช้ GPS ก็คงเหมาะสุด แต่ก็ต้องถึงที่หมายอย่างปลอดภัยนะครับ ไม่ใช่ดูแต่จอแล้วไปชนคันอื่น
ซึ่งถ้าจะสรุปแค่นี้มันก็เพียงพอแล้ว แต่ยังไม่มีตัวเลขเลย จึงขอเอาประสบการณ์ส่วนตัวมาอ้างอิงก่อน ตัวผมเองถ้าขับรถแบบรักษาความเร่งให้ดี จะขับได้ไกลกว่าขับแบบไม่สนอะไรทั้งนั้น ไม่สนใจอะไรคือขับตามอารมณ์ บางจังหวะอยากจะซัดก็เหยียบจมสุดยาว ๆ เลยก็มี นับว่าโชคดีที่ยังมีชีวิตรอดมาได้ แต่ผมจะจับระยะทางเสมอว่าวิ่งได้เท่าไหร่หลังเติมน้ำมันเต็มถัง พอสังเกตว่าระยะทางต่างกันพอสมควรเมื่อเทียบกับขับแบบรักษ์โลก ซึ่งตัวเลขที่ผมพยายามขับแบบคนรักษ์โลกและประหยัดสุดจะได้ 12-15% ถ้าเต็มถัง 70 ลิตร ก็จะเหลือน้ำมันประมาณ 9 ลิตรเลย หลักร้อยบาทเลย
ถ้าท่านอ่านจนจบเนื้อหาข้างบนก็คิดว่าช่วยได้ในระดับหนึ่ง ในส่วนต่อไปเนื้อหาที่ลงลึกสักหน่อยแต่คิดว่าใช้การได้ดีเช่นกัน ผมจะอธิบายตามความเข้าใจของผมและแลกเปลี่ยนกันในเรื่องฟิสิกส์ต่อจากนี้ ท่านไหนอยากอ่านก็ลองดู หากผิดพลาดรบกวนชี้แนะด้วยครับเผื่อผมมั่ว 555
ผมทราบมาว่ารถยนต์ที่ใช้น้ำมัน มีการทำงาน 2 ส่วนหลัก คือ ส่วนของเครื่องยนต์ และระบบเกียร์หรือส่งกำลัง น่าจะเรียกถูก
โดยเครื่องยนต์มีหน้าที่แปลงน้ำมันไปทำให้ล้อหมุนผ่านระบบเกียร์ การทำงานของเครื่องยนต์ในรถทั่วไปมี 4 จังหวะ คือ ดูด อัด จุดระเบิด คาย จบ 1 จังหวะเรียกว่า 1 รอบ ถ้าใน 1 นาทีทำได้ 1000 รอบ ก็จะเท่ากับ 1000 รอบต่อนาที(RPM) ก็คือเอาน้ำมันมาผ่าน 4 จังหวะที่ว่า พลังงานที่ได้จากการทำงานดังกล่าวคือพลังงานเผาไหม้ และมีการสูญเสียพลังงานไปกับความร้อนที่เกิดขึ้นและพลังงานที่เกิดจากแรงเสียดทานของกระบอกสูบ 4 จังหวะ ซึ่งพลังงานส่วนที่เหลือก็ไปทำให้ล้อหมุนหรือที่เรียกว่าพลังงานกล เท่าที่ทราบมาเหลือแค่ประมาณ 30% เองมั้ง ยิ่งถ้าไม่ดูแลระบบให้ดีก็อาจจะน้อยกว่านี้ ถ้าดูแลระบบรถยนต์ให้ทำงานได้ดีก็จะช่วยให้การแปลงพลังงานมีประสิทธิภาพดีที่สุด น้ำมันเครื่อง น้ำมันเกียร์ น้ำมันเบรค ลมยาง พอจะนึกออกเท่านี้ เอารถไปเช็คสภาพน่าจะดีสุดครับ
ซึ่งจำนวนรอบต่อนาที(RPM) นี่แหละที่สัมพันธ์กับการเหยียบคันเร่ง ซึ่งสัมพันธ์กับความเร่ง(a) เช่นกัน แต่ขอเปลี่ยนตัวแปรไปใช้ในส่วนของรถยนต์นะครับซึ่งก็คือ ความเร่งเชิงมุม(อัลฟา) เพราะในตอนแรกพูดถึงรถยนต์เคลื่อนที่ในแบบเส้นตรง แต่การทำงานของเครื่องยนต์ล้อหมุนแบบวงกลมนะครับ จึงใช้คนละตัวแปร แต่ผมไม่รู้จะเอาความเร่งเชิงมุมมาอธิบายยังไงในเรื่องนี้จึงขอใช้เรื่องโมเมนต์มาอธิบาย และเช่นเดียวกันพอมาใช้อธิบายที่เป็นการหมุนจึงใช้แรงบิดแทนโมเมนต์ โดย แรงบิด(T) = แรง(F)*ระยะจากจุดหมุน(r) ซึ่งความเร่งเชิงมุม(อัลฟา) จะซ่อนอยู่ในแรง(F) นะครับ แต่ใช้ตัวแปรอื่นอธิบายน่าจะเหมาะสมกว่า จึงไม่ได้จัดรูปให้ แรงบิด(T) = โมเมนต์ความเฉื่อย(I)*ความเร่งเชิงมุม(อัลฟา)
ผมค่อนข้างด้นสด แต่ผมพยายามทำให้นึกตามและเข้าใจได้ง่าย ต้องขออภัยว่าอาจจะเรียบเรียงได้ไม่ดีไว้ ณ ตอนนี้เลย
โดยปกติเราจะได้ยินคำว่ากำลังของรถยนต์ ไม่ใช่พลังงานของรถยนต์นะครับ โดยในรถยนต์เหมือนจะใช้หน่วยของกำลังเป็นแรงม้า(HP) โดยปกติกำลังจะมีหน่วยเป็นวัตต์(W) 1 HP ประมาณ 745.7 W ขอเรียกกำลังว่าอัตราการใช้พลังงานต่อหนึ่งหน่วยเวลานะครับ โดย กำลัง(P) = พลังงาน(W)หารเวลา(t) แปลงพลังงานเป็นสมการที่สองจากเนื้อหาส่วนแรก จะได้ กำลัง(P) = แรง(F)*ระยะทาง(s)หารเวลา(t) จัดรูปอีกรอบได้ กำลัง(P) = แรง(F)*ความเร็ว(v) และเช่นเดียวกัน เจอแรงกับความเร็วที่ใช้อธิบายสิ่งที่เป็นเชิงเส้นได้ดี แต่ในรถยนต์ใช้การหมุน จึงใช้ตัวแปรที่อธิบายการหมุนได้ดี ได้ กำลัง(P) = แรงบิด(T)*ความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า) ในที่สุดก็จัดรูปมาเจอความเร็วเชิงมุมซึ่งมีรอบต่อนาที(RPM) ซ่อนอยู่ ซึ่งเราสามารถสังเกตRPMได้บนหน้าปัดของรถยนต์ ไม่รู้เรียกถูกไหมนะ
ทีนี้จะอธิบายว่าการควบคุมRPM ภาษาคนทั่วไปน่าจะใช้เลี้ยงรอบ ว่าถ้าทำแล้วจะประหยัดได้เพราะอะไรโดยใช้สมการฟิสิกส์เหมือนเดิมครับ
โดยความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า)=2*Pi*ความถี่(f) โดยความถี่ก็คือในหนึ่งวินาทีมีสิ่งนั้นเกิดขึ้นกี่รอบ หน่วยคือเฮิรตซ์(Hz) ความถี่ของการเร่งรถยนต์เป็นจังหวะใช้ค่าRPM คือรอบต่อนาที ต้องแปลงเป็นต่อวินาทีจึงหารด้วย 60 เพราะ 1 นาที มี 60 วินาที สมมติ ณ ความเร็วหนึ่ง เราเหยียบคันเร่งได้ค่าRPM คือ1000 รอบต่อนาที จะได้ความเร็วเชิงมุมเท่ากับ 2*3.14*1000/60 เรเดียนต่อวินาที
เอาละ มาถึงจุดนี้เหมือนจะจบในส่วนของเครื่องยนต์แล้ว เหลือระบบส่งกำลังหรือเกียร์นั่นเอง ถ้าอธิบายส่วนเดียวแล้วมันจบผมก็อยากทำแบบนั้น แต่ทำไม่ได้ เลยต้องไปกันต่อ
ในส่วนต่อไประบบส่งกำลังหรือเกียร์ จากที่พิมพ์ไปคือ กำลัง(P) = แรงบิด(T)*ความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า) ซึ่งเกียร์มีผลต่อการค่าแรงบิดและความเร็วเชิงมุมนะครับ โดยเกียร์ส่วนใหญ่จะมีเกียร์ 1-5 โดยระบบเกียร์ก็จะมี 2 ส่วนคือ เฟืองขับที่อยู่ในส่วนของเครื่องยนต์ที่จะหมุนด้วยพลังงานที่เหลือจากการแปลงน้ำมัน สมมติว่า มี 10 ฟัน อีกส่วนคือเฟืองตามอยู่ในส่วนการหมุนของล้อ สมมติว่ามี 30 ฟัน อัตราส่วนเกียร์จะเป็น 3:1 แปลว่าเฟืองขับที่เครื่องยนต์ต้องหมุน3รอบ เพื่อให้เฟืองตามที่ควบคุมความเร็วล้อหมุน1รอบ โดยการเลือกใช้เกียร์จะต่างกันในแต่ละสถานการณ์ ยกตัวอย่างถ้าขับรถขึ้นเนินจะมีแรงต้านจากแรงโน้มถ่วง ซึ่งปกติขับทางเรียบจะไม่มี จึงต้องใช้แรงที่ล้อไปสู้กับแรงโน้มถ่วงที่เพิ่มเข้ามา เพื่อให้เห็นภาพ ตอนขับบนทางเรียบในเกียร์อัตโนมัติถ้าใส่เกียร์Dรถก็จะเดินหน้า แต่พอขับรถขึ้นสะพาน ถ้ารถติดแล้วเราเหยียบเบรค เรายกเบรคออกก็ได้รถก็ไม่ไหลเพราะรถสร้างแรงบิดที่พอดีที่เอาชนะแรงโน้มถ่วงได้จนรถหยุดนิ่ง แสดงว่ารถเรานี่สุดยอดจริง ๆ ขอกราบคนคิดทฤษฎีและคนสร้างทุกท่าน ไม่งั้นรถคงหยุดนิ่งไม่ได้ อาจจะไหลลงหรือเดินหน้า ระบบเกียร์แต่ละเกียร์จึงมีอัตราทดที่ต่างกัน โดยเกียร์ต่ำอัตราทดจะสูงนะครับ ทำให้แรงบิดที่ล้อมากเพื่อไม่ให้รถไหลลงเนิน ถ้าอยากเดินหน้าเลยต้องเหยียบคันเร่งเพิ่มRPM และเกียร์สูงอัตราทดอาจจะต่ำ เช่น 1:1 ในเกียร์4 หรือประมาณ 0.9:1 ในเกียร์5 หมายความว่าเฟืองขับที่เครื่องยนต์กับเฟืองตามที่ทำให้ล้อหมุนมีแรงบิดพอกัน เพื่อส่งกำลังทั้งหมดไปให้ความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า) แรงบิด(T)ที่มากในเกียร์ต่ำ(1-2)ซึ่งทำให้ความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า)น้อยจึงไม่จำเป็นในการวิ่งทางด่วนที่คนเร่งรีบ ผมยกสมการมาเพื่ออธิบายว่าแต่ละตัวแปรสัมพันธ์กันยังไง และปรับลดอะไรได้ ถ้าค่าใดค่าหนึ่งเปลี่ยน จะส่งผลกับอีกค่ายังไง
ทีนี้ถ้ารถยนต์ออกแบบมาดีขนาดนี้แล้ว รถที่ขับเป็นอัตโนมัติด้วยหรือจะรุ่นปรับเกียร์ขั้นเทพ ก็ตัดเรื่องเกียร์ออกไปได้เลย เพราะระบบคำนวณเกียร์ที่เหมาะสมให้เลยจากหลายปัจจัยเช่น แรงบิดที่ล้อ RPM ระยะเหยียบคันเร่ง ความเร็ว ส่วนท่านที่ขับกระปุกโคตรเท่ ผมเคยไปเรียนแต่แทบจะไม่เคยแตะอีกเลย คงจะไปแนะนำไม่ได้ คาดว่าศิลปะการเปลี่ยนเกียร์คงอยู่ในจิตวิญญาณท่านอยู่แล้ว แต่ถ้าท่านขับกระบะทรงเชงอันนี้ผมไม่แน่ใจว่าจะเบิ้ลหาอะไร จะเปลี่ยนเกียร์ตอนไหนช่วยตอบผมด้วยนะ
สรุปอีกรอบ มันขึ้นอยู่กับการเร่งของท่าน มวลในรถ และจะแถมเรื่องความเร็วที่เหมาะสมในตอนท้าย ก่อนอื่นขอโชว์กราฟก่อน กราบchatgptที่สร้างให้
มาดูสิ่งที่น่าสนใจกันดีกว่า กราฟสีแดงคือเหยียบแบบอีโก้จัด เต็มเท้า ใช้เวลาแค่ 4 วินาทีเท่านั้นในการไปถึงความเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
ส่วนกราฟเส้นปะสีน้ำเงิน เหยียบแบบนิ่ม แสดงถึงการละทิ้งอีโก้ รักษ์โลก ประหยัด ใช้เวลา 10 วินาที ซึ่งกำลังดีหรือจะใช้มากกว่านั้นก็ได้ สัก 15-20 วินาที เพื่อแตะความเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
แต่ถ้าเปรียบกันแล้ว พื้นที่ใต้กราฟของเส้นแดงจะมากกว่าเส้นปะสีน้ำเงิน ประมาณ 21% พื้นที่ใต้กราฟที่มากกว่าแปลว่ากินน้ำมันมากกว่านั่นเอง
แถมเรื่องความเร็วที่เหมาะสมนะครับ
เมื่อเราขับรถไปข้างหน้าย่อมมีแรงต้านอยู่แล้ว เช่นแรงเสียดทานจากพื้น แต่ถ้าในอากาศจะเป็นแรงต้านอากาศ ซึ่งถ้ามองในรูปพลังงานจลน์ผมว่านำมาอธิบายได้ดีสำหรับแรงต้านอากาศ การเคลื่อนที่ของรถผมว่าใช้งานอธิบายจะดีกว่าถ้าจะประหยัดน้ำมัน ยังไงก็เรื่องเดียวกัน แต่ความเร็วที่เหมาะสมขอใช้พลังงานจลน์(Ek)= 0.5*มวล(m)*ความเร็วกำลังสอง(v*v) ก็จัดรูปมาจากสมการงาน แต่คงไม่ได้ทำให้ดูแล้ว ง่วงนิดหน่อย แล้วแปลงพลังงานจลน์เป็นงานเพื่อจัดรูปให้ได้แรงต้านอากาศนะครับ แรงต้านอากาศ(Drag force)*ระยะทาง(s)=0.5*มวล(m)*ความเร็วกำลังสอง(v*v) สมการจริงของแรงต้านอากาศไม่ใช่แบบนี้นะครับ แต่ผมแปลงแบบติดตัวแปรไว้เพื่อเปรียบเทียบตัวแปรเฉย ๆ จะเห็นได้ว่าแรงต้านอากาศแปรผันตรงกับความเร็วกำลังสอง
ถ้าเทียบความเร็วที่ 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง กับ ความเร็ว 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเร็วต่างกัน 1.5 เท่า
แต่ถ้าเทียบความต่างของแรงต้านอากาศที่ทำกับรถจะไม่ใช่ 1.5 เท่า แต่จะเป็น 1.5 กำลังสองเท่า เท่ากับ 2.25 เท่านะครับ ได้ความเร็วเพิ่มขึ้น 0.5 เท่า แต่แรงต้านอากาศจะมากขึ้นถึง 1.25 เท่าครับ
ความเร็วที่ประมาณ 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จะมีแรงต้านอากาศที่กระทำกับรถท่านทุกวินาที ซึ่งผมประมาณตัวเลขว่าน้ำหนักที่มาจากแรงต้านอากาศประมาณ 25 กิโลกรัมโดยประมาณขึ้นอยู่กับพื้นที่หน้าตัดของหน้ารถ วัสดุที่ใช้ ของรถท่าน จะเอาหน่วยแรงที่เป็นนิวตันก็คงไม่เห็นภาพ
ด้วยความหวังดีจากชายผู้ได้final 0/30 คะแนนในวิชาฟิสิกส์เรื่องงานและพลังงาน ตอน ม.5 เทอม 2
ชวนพูดคุยเกี่ยวกับศิลปะการขับรถประหยัดแบบน้ำมันขั้นสุดยอด
ตัวผมไม่มีอาชีพที่แน่นอน ไม่ได้เก่ง หากข้อมูลผิดพลาดก็อยากให้ชี้แนะด้วยครับ
จุดประสงค์ของการตั้งกระทู้นี้เพราะอยากพูดคุยและแลกเปลี่ยนความรู้ที่สามารถใช้ในการประหยัดน้ำมัน ตัวผมไม่รู้เรื่องรถมาก่อนเลยว่าทำงานยังไง แต่หลังจากศึกษา 2-3 ชั่วโมง จึงอยากจะลองพูดคุยในหัวข้อนี้ดูกับเพื่อน ๆ ครับ เพราะคิดว่าจะเป็นประโยชน์ไม่น้อย โดยผมจะเน้นการพูดคุยในการเอาฟิสิกส์และตัวเลขมาอธิบายนะครับ ถ้าเอาแค่คำพูดมาคุยโดยไม่มีตัวเลขมันก็ยังไงอยู่ในความคิดผม เพราะผมคิดว่าตัวเลขเป็นภาษาหนึ่งที่นำมาใช้อธิบายความจริงตามธรรมชาติที่มนุษย์ไปค้นพบได้ดีที่สุด
การทำให้รถยนต์เคลื่อนที่ไปข้างหน้าต้องใช้พลังงาน พลังงานน่าจะมี 2 แบบ คือมาจากน้ำมันถ้าเป็นรถที่เราคุ้นเคย หรือไฟฟ้า ซึ่งผมไม่ได้พูดถึงรถไฟฟ้าในตอนนี้เพราะยังมองว่ามันยังไม่นิ่งทั้งในเรื่องของราคาและความสะดวก ในอีก 10 ปี จะมองใหม่ ท่านไหนที่ใช้ผมก็มองว่าดีนะ เพราะสะอาดกว่าน้ำมันในความคิดผม
ทีนี้เลยมาโฟกัสที่น้ำมันกัน จากที่บอกไปว่าน้ำมันเป็นพลังงาน เราจะเดินก็ต้องกินข้าว ไม่งั้นคงไม่มีแรงเดิน เดินไกลก็ใช้พลังงานเยอะ เดินเร็วก็เหนื่อย รถยนต์จะเคลื่อนที่ก็ต้องใช้น้ำมันเป็นพลังงานในการเร่งเพื่อพารถไปยังจุดหมาย
ผมคิดว่าการนำสมการไม่กี่สมการในฟิสิกส์ม.ต้นและม.ปลาย มาอธิบายน่าจะเข้าใจง่ายที่สุด โดยสมการแรกมาจากกฎข้อที่ 2 ของนิวตัน แรง(F) = มวล(m)*ความเร่ง(a) และสมการที่สองคือ งานหรือพลังงาน(W)=แรง(F)*ระยะทาง(s) จึงได้สมการ พลังงาน(W)=มวล(m)*ความเร่ง(a)*ระยะทาง(s)
จะสังเกตได้ว่าพลังงานแปรผันตรงกับ มวล ความเร่ง และระยะทาง
แสดงว่าถ้าเราลดมวล ซึ่งก็คือลดของที่บรรทุกในรถ ใช้รถคันที่พอดีกับการใช้ประจำวัน ไม่เล็กใหญ่เกินไป หรือลดน้ำหนักของคนโดยสารก็ช่วยได้นิดหน่อยครับ จึงต้องใช้พลังงาน(ออกกำลังกาย) ไม่ได้ล้อเล่นนะครับ 5555
การควบคุมความเร่งก็เช่นกัน ซึ่งผมมองว่าอันนี้เหมาะที่สุดถ้าเราจะเจาะลึกลงไป เพราะผมคิดว่ามันเป็นศิลปะอย่างหนึ่งในการควบคุมความเร่งเพื่อประหนัดน้ำมันมากสุด เร่งอย่างไรให้ใช้พลังงานซึ่งก็คือน้ำมันให้พารถไปไกลที่สุด ซึ่งก็คือคุ้มค่าที่สุด
และตัวแปรสุดท้ายคือระยะทาง คงลดยากเพราะถนนมันก็มีไม่กี่เส้นทางที่จะไปถึงจุดหมาย ไปทางไม่คุ้น ขึ้นทางด่วน ช้าไว ใกล้ไกล อาจจะไม่คุ้ม ขอตัดออกไปไม่นำมาพิจารณา แต่ถ้าระยะทางจุดหมายใกล้ก็ประหยัดกว่าเดินทางไปที่ไกลอยู่แล้ว แต่เราไปเพิ่มลดลำบาก ยังไงใช้ GPS ก็คงเหมาะสุด แต่ก็ต้องถึงที่หมายอย่างปลอดภัยนะครับ ไม่ใช่ดูแต่จอแล้วไปชนคันอื่น
ซึ่งถ้าจะสรุปแค่นี้มันก็เพียงพอแล้ว แต่ยังไม่มีตัวเลขเลย จึงขอเอาประสบการณ์ส่วนตัวมาอ้างอิงก่อน ตัวผมเองถ้าขับรถแบบรักษาความเร่งให้ดี จะขับได้ไกลกว่าขับแบบไม่สนอะไรทั้งนั้น ไม่สนใจอะไรคือขับตามอารมณ์ บางจังหวะอยากจะซัดก็เหยียบจมสุดยาว ๆ เลยก็มี นับว่าโชคดีที่ยังมีชีวิตรอดมาได้ แต่ผมจะจับระยะทางเสมอว่าวิ่งได้เท่าไหร่หลังเติมน้ำมันเต็มถัง พอสังเกตว่าระยะทางต่างกันพอสมควรเมื่อเทียบกับขับแบบรักษ์โลก ซึ่งตัวเลขที่ผมพยายามขับแบบคนรักษ์โลกและประหยัดสุดจะได้ 12-15% ถ้าเต็มถัง 70 ลิตร ก็จะเหลือน้ำมันประมาณ 9 ลิตรเลย หลักร้อยบาทเลย
ถ้าท่านอ่านจนจบเนื้อหาข้างบนก็คิดว่าช่วยได้ในระดับหนึ่ง ในส่วนต่อไปเนื้อหาที่ลงลึกสักหน่อยแต่คิดว่าใช้การได้ดีเช่นกัน ผมจะอธิบายตามความเข้าใจของผมและแลกเปลี่ยนกันในเรื่องฟิสิกส์ต่อจากนี้ ท่านไหนอยากอ่านก็ลองดู หากผิดพลาดรบกวนชี้แนะด้วยครับเผื่อผมมั่ว 555
ผมทราบมาว่ารถยนต์ที่ใช้น้ำมัน มีการทำงาน 2 ส่วนหลัก คือ ส่วนของเครื่องยนต์ และระบบเกียร์หรือส่งกำลัง น่าจะเรียกถูก
โดยเครื่องยนต์มีหน้าที่แปลงน้ำมันไปทำให้ล้อหมุนผ่านระบบเกียร์ การทำงานของเครื่องยนต์ในรถทั่วไปมี 4 จังหวะ คือ ดูด อัด จุดระเบิด คาย จบ 1 จังหวะเรียกว่า 1 รอบ ถ้าใน 1 นาทีทำได้ 1000 รอบ ก็จะเท่ากับ 1000 รอบต่อนาที(RPM) ก็คือเอาน้ำมันมาผ่าน 4 จังหวะที่ว่า พลังงานที่ได้จากการทำงานดังกล่าวคือพลังงานเผาไหม้ และมีการสูญเสียพลังงานไปกับความร้อนที่เกิดขึ้นและพลังงานที่เกิดจากแรงเสียดทานของกระบอกสูบ 4 จังหวะ ซึ่งพลังงานส่วนที่เหลือก็ไปทำให้ล้อหมุนหรือที่เรียกว่าพลังงานกล เท่าที่ทราบมาเหลือแค่ประมาณ 30% เองมั้ง ยิ่งถ้าไม่ดูแลระบบให้ดีก็อาจจะน้อยกว่านี้ ถ้าดูแลระบบรถยนต์ให้ทำงานได้ดีก็จะช่วยให้การแปลงพลังงานมีประสิทธิภาพดีที่สุด น้ำมันเครื่อง น้ำมันเกียร์ น้ำมันเบรค ลมยาง พอจะนึกออกเท่านี้ เอารถไปเช็คสภาพน่าจะดีสุดครับ
ซึ่งจำนวนรอบต่อนาที(RPM) นี่แหละที่สัมพันธ์กับการเหยียบคันเร่ง ซึ่งสัมพันธ์กับความเร่ง(a) เช่นกัน แต่ขอเปลี่ยนตัวแปรไปใช้ในส่วนของรถยนต์นะครับซึ่งก็คือ ความเร่งเชิงมุม(อัลฟา) เพราะในตอนแรกพูดถึงรถยนต์เคลื่อนที่ในแบบเส้นตรง แต่การทำงานของเครื่องยนต์ล้อหมุนแบบวงกลมนะครับ จึงใช้คนละตัวแปร แต่ผมไม่รู้จะเอาความเร่งเชิงมุมมาอธิบายยังไงในเรื่องนี้จึงขอใช้เรื่องโมเมนต์มาอธิบาย และเช่นเดียวกันพอมาใช้อธิบายที่เป็นการหมุนจึงใช้แรงบิดแทนโมเมนต์ โดย แรงบิด(T) = แรง(F)*ระยะจากจุดหมุน(r) ซึ่งความเร่งเชิงมุม(อัลฟา) จะซ่อนอยู่ในแรง(F) นะครับ แต่ใช้ตัวแปรอื่นอธิบายน่าจะเหมาะสมกว่า จึงไม่ได้จัดรูปให้ แรงบิด(T) = โมเมนต์ความเฉื่อย(I)*ความเร่งเชิงมุม(อัลฟา)
ผมค่อนข้างด้นสด แต่ผมพยายามทำให้นึกตามและเข้าใจได้ง่าย ต้องขออภัยว่าอาจจะเรียบเรียงได้ไม่ดีไว้ ณ ตอนนี้เลย
โดยปกติเราจะได้ยินคำว่ากำลังของรถยนต์ ไม่ใช่พลังงานของรถยนต์นะครับ โดยในรถยนต์เหมือนจะใช้หน่วยของกำลังเป็นแรงม้า(HP) โดยปกติกำลังจะมีหน่วยเป็นวัตต์(W) 1 HP ประมาณ 745.7 W ขอเรียกกำลังว่าอัตราการใช้พลังงานต่อหนึ่งหน่วยเวลานะครับ โดย กำลัง(P) = พลังงาน(W)หารเวลา(t) แปลงพลังงานเป็นสมการที่สองจากเนื้อหาส่วนแรก จะได้ กำลัง(P) = แรง(F)*ระยะทาง(s)หารเวลา(t) จัดรูปอีกรอบได้ กำลัง(P) = แรง(F)*ความเร็ว(v) และเช่นเดียวกัน เจอแรงกับความเร็วที่ใช้อธิบายสิ่งที่เป็นเชิงเส้นได้ดี แต่ในรถยนต์ใช้การหมุน จึงใช้ตัวแปรที่อธิบายการหมุนได้ดี ได้ กำลัง(P) = แรงบิด(T)*ความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า) ในที่สุดก็จัดรูปมาเจอความเร็วเชิงมุมซึ่งมีรอบต่อนาที(RPM) ซ่อนอยู่ ซึ่งเราสามารถสังเกตRPMได้บนหน้าปัดของรถยนต์ ไม่รู้เรียกถูกไหมนะ
ทีนี้จะอธิบายว่าการควบคุมRPM ภาษาคนทั่วไปน่าจะใช้เลี้ยงรอบ ว่าถ้าทำแล้วจะประหยัดได้เพราะอะไรโดยใช้สมการฟิสิกส์เหมือนเดิมครับ
โดยความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า)=2*Pi*ความถี่(f) โดยความถี่ก็คือในหนึ่งวินาทีมีสิ่งนั้นเกิดขึ้นกี่รอบ หน่วยคือเฮิรตซ์(Hz) ความถี่ของการเร่งรถยนต์เป็นจังหวะใช้ค่าRPM คือรอบต่อนาที ต้องแปลงเป็นต่อวินาทีจึงหารด้วย 60 เพราะ 1 นาที มี 60 วินาที สมมติ ณ ความเร็วหนึ่ง เราเหยียบคันเร่งได้ค่าRPM คือ1000 รอบต่อนาที จะได้ความเร็วเชิงมุมเท่ากับ 2*3.14*1000/60 เรเดียนต่อวินาที
เอาละ มาถึงจุดนี้เหมือนจะจบในส่วนของเครื่องยนต์แล้ว เหลือระบบส่งกำลังหรือเกียร์นั่นเอง ถ้าอธิบายส่วนเดียวแล้วมันจบผมก็อยากทำแบบนั้น แต่ทำไม่ได้ เลยต้องไปกันต่อ
ในส่วนต่อไประบบส่งกำลังหรือเกียร์ จากที่พิมพ์ไปคือ กำลัง(P) = แรงบิด(T)*ความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า) ซึ่งเกียร์มีผลต่อการค่าแรงบิดและความเร็วเชิงมุมนะครับ โดยเกียร์ส่วนใหญ่จะมีเกียร์ 1-5 โดยระบบเกียร์ก็จะมี 2 ส่วนคือ เฟืองขับที่อยู่ในส่วนของเครื่องยนต์ที่จะหมุนด้วยพลังงานที่เหลือจากการแปลงน้ำมัน สมมติว่า มี 10 ฟัน อีกส่วนคือเฟืองตามอยู่ในส่วนการหมุนของล้อ สมมติว่ามี 30 ฟัน อัตราส่วนเกียร์จะเป็น 3:1 แปลว่าเฟืองขับที่เครื่องยนต์ต้องหมุน3รอบ เพื่อให้เฟืองตามที่ควบคุมความเร็วล้อหมุน1รอบ โดยการเลือกใช้เกียร์จะต่างกันในแต่ละสถานการณ์ ยกตัวอย่างถ้าขับรถขึ้นเนินจะมีแรงต้านจากแรงโน้มถ่วง ซึ่งปกติขับทางเรียบจะไม่มี จึงต้องใช้แรงที่ล้อไปสู้กับแรงโน้มถ่วงที่เพิ่มเข้ามา เพื่อให้เห็นภาพ ตอนขับบนทางเรียบในเกียร์อัตโนมัติถ้าใส่เกียร์Dรถก็จะเดินหน้า แต่พอขับรถขึ้นสะพาน ถ้ารถติดแล้วเราเหยียบเบรค เรายกเบรคออกก็ได้รถก็ไม่ไหลเพราะรถสร้างแรงบิดที่พอดีที่เอาชนะแรงโน้มถ่วงได้จนรถหยุดนิ่ง แสดงว่ารถเรานี่สุดยอดจริง ๆ ขอกราบคนคิดทฤษฎีและคนสร้างทุกท่าน ไม่งั้นรถคงหยุดนิ่งไม่ได้ อาจจะไหลลงหรือเดินหน้า ระบบเกียร์แต่ละเกียร์จึงมีอัตราทดที่ต่างกัน โดยเกียร์ต่ำอัตราทดจะสูงนะครับ ทำให้แรงบิดที่ล้อมากเพื่อไม่ให้รถไหลลงเนิน ถ้าอยากเดินหน้าเลยต้องเหยียบคันเร่งเพิ่มRPM และเกียร์สูงอัตราทดอาจจะต่ำ เช่น 1:1 ในเกียร์4 หรือประมาณ 0.9:1 ในเกียร์5 หมายความว่าเฟืองขับที่เครื่องยนต์กับเฟืองตามที่ทำให้ล้อหมุนมีแรงบิดพอกัน เพื่อส่งกำลังทั้งหมดไปให้ความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า) แรงบิด(T)ที่มากในเกียร์ต่ำ(1-2)ซึ่งทำให้ความเร็วเชิงมุม(โอเมก้า)น้อยจึงไม่จำเป็นในการวิ่งทางด่วนที่คนเร่งรีบ ผมยกสมการมาเพื่ออธิบายว่าแต่ละตัวแปรสัมพันธ์กันยังไง และปรับลดอะไรได้ ถ้าค่าใดค่าหนึ่งเปลี่ยน จะส่งผลกับอีกค่ายังไง
ทีนี้ถ้ารถยนต์ออกแบบมาดีขนาดนี้แล้ว รถที่ขับเป็นอัตโนมัติด้วยหรือจะรุ่นปรับเกียร์ขั้นเทพ ก็ตัดเรื่องเกียร์ออกไปได้เลย เพราะระบบคำนวณเกียร์ที่เหมาะสมให้เลยจากหลายปัจจัยเช่น แรงบิดที่ล้อ RPM ระยะเหยียบคันเร่ง ความเร็ว ส่วนท่านที่ขับกระปุกโคตรเท่ ผมเคยไปเรียนแต่แทบจะไม่เคยแตะอีกเลย คงจะไปแนะนำไม่ได้ คาดว่าศิลปะการเปลี่ยนเกียร์คงอยู่ในจิตวิญญาณท่านอยู่แล้ว แต่ถ้าท่านขับกระบะทรงเชงอันนี้ผมไม่แน่ใจว่าจะเบิ้ลหาอะไร จะเปลี่ยนเกียร์ตอนไหนช่วยตอบผมด้วยนะ
สรุปอีกรอบ มันขึ้นอยู่กับการเร่งของท่าน มวลในรถ และจะแถมเรื่องความเร็วที่เหมาะสมในตอนท้าย ก่อนอื่นขอโชว์กราฟก่อน กราบchatgptที่สร้างให้
มาดูสิ่งที่น่าสนใจกันดีกว่า กราฟสีแดงคือเหยียบแบบอีโก้จัด เต็มเท้า ใช้เวลาแค่ 4 วินาทีเท่านั้นในการไปถึงความเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
ส่วนกราฟเส้นปะสีน้ำเงิน เหยียบแบบนิ่ม แสดงถึงการละทิ้งอีโก้ รักษ์โลก ประหยัด ใช้เวลา 10 วินาที ซึ่งกำลังดีหรือจะใช้มากกว่านั้นก็ได้ สัก 15-20 วินาที เพื่อแตะความเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
แต่ถ้าเปรียบกันแล้ว พื้นที่ใต้กราฟของเส้นแดงจะมากกว่าเส้นปะสีน้ำเงิน ประมาณ 21% พื้นที่ใต้กราฟที่มากกว่าแปลว่ากินน้ำมันมากกว่านั่นเอง
แถมเรื่องความเร็วที่เหมาะสมนะครับ
เมื่อเราขับรถไปข้างหน้าย่อมมีแรงต้านอยู่แล้ว เช่นแรงเสียดทานจากพื้น แต่ถ้าในอากาศจะเป็นแรงต้านอากาศ ซึ่งถ้ามองในรูปพลังงานจลน์ผมว่านำมาอธิบายได้ดีสำหรับแรงต้านอากาศ การเคลื่อนที่ของรถผมว่าใช้งานอธิบายจะดีกว่าถ้าจะประหยัดน้ำมัน ยังไงก็เรื่องเดียวกัน แต่ความเร็วที่เหมาะสมขอใช้พลังงานจลน์(Ek)= 0.5*มวล(m)*ความเร็วกำลังสอง(v*v) ก็จัดรูปมาจากสมการงาน แต่คงไม่ได้ทำให้ดูแล้ว ง่วงนิดหน่อย แล้วแปลงพลังงานจลน์เป็นงานเพื่อจัดรูปให้ได้แรงต้านอากาศนะครับ แรงต้านอากาศ(Drag force)*ระยะทาง(s)=0.5*มวล(m)*ความเร็วกำลังสอง(v*v) สมการจริงของแรงต้านอากาศไม่ใช่แบบนี้นะครับ แต่ผมแปลงแบบติดตัวแปรไว้เพื่อเปรียบเทียบตัวแปรเฉย ๆ จะเห็นได้ว่าแรงต้านอากาศแปรผันตรงกับความเร็วกำลังสอง
ถ้าเทียบความเร็วที่ 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง กับ ความเร็ว 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเร็วต่างกัน 1.5 เท่า
แต่ถ้าเทียบความต่างของแรงต้านอากาศที่ทำกับรถจะไม่ใช่ 1.5 เท่า แต่จะเป็น 1.5 กำลังสองเท่า เท่ากับ 2.25 เท่านะครับ ได้ความเร็วเพิ่มขึ้น 0.5 เท่า แต่แรงต้านอากาศจะมากขึ้นถึง 1.25 เท่าครับ
ความเร็วที่ประมาณ 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จะมีแรงต้านอากาศที่กระทำกับรถท่านทุกวินาที ซึ่งผมประมาณตัวเลขว่าน้ำหนักที่มาจากแรงต้านอากาศประมาณ 25 กิโลกรัมโดยประมาณขึ้นอยู่กับพื้นที่หน้าตัดของหน้ารถ วัสดุที่ใช้ ของรถท่าน จะเอาหน่วยแรงที่เป็นนิวตันก็คงไม่เห็นภาพ
ด้วยความหวังดีจากชายผู้ได้final 0/30 คะแนนในวิชาฟิสิกส์เรื่องงานและพลังงาน ตอน ม.5 เทอม 2