ระบบเบรก

พื้นฐานของเบรก

หลังจากที่คุณเหยียบเบรก แรงจากเท้าของคุณจะถูกส่งผ่านไปที่เบรก โดยใช้ของเหลว และเป็นแรงที่มีขนาดมากกว่าที่คุณเหยียบ แรงที่เกิดขึ้นได้มาจากระบบทางกล 2 ทางคือ

ทางกล (คานดีด คานงัด)
แรงทางไฮดรอลิก

ล้อจะลดความเร็วโดยอาศัยแรงเสียดทาน ระหว่าง เบรก กับ จานล้อ และแรงเสียดทานของล้อกับถนน

คานดีด คานงัด

ด้วยการใช้ระบบคานดีด คานงัด แรงที่เกิดจากการเหยียบ จะเพิ่มขึ้นได้หลายเท่า ก่อนที่จะส่งถ่ายไปที่ของเหลวแรง F จากเท้า กระทำอยู่ทางปลายซ้ายของคาน ซึ่งมีความยาวเป็น 2 เท่าของคานขวา เพราะฉะนั้นแรงที่เกิดทางปลายขวาของคานจะเท่ากับ 2F ขณะที่ปลายซ้ายของคานเคลื่อนที่ได้ระยะทาง 2Y ส่วนปลายขวาของคานจะเคลื่อนที่ได้ระยะ Y เท่านั้น

ระบบไฮดรอลิก

แนวคิดของระบบไฮดรอลิกมหัศจรรย์มากๆ ด้วยการใช้ของเหลวส่งถ่ายแรงจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง ของเหลวนั้นเป็นของเหลวที่อัดตัวไม่ได้ (Incompressible fluid ) ส่วนใหญ่จะใช้น้ำมันลูกสูบ 2 อัน เลื่อนอยู่ภายในกระบอกสูบที่บรรจุน้ำมัน กระบอกทั้งสองต่อกันด้วยท่อที่บรรจุน้ำมัน ถ้าคุณใส่แรงกดกับลูกสูบซ้ายในรูปภาพ แรงจะถูกส่งถ่ายไปที่ลูกสูบขวาโดยผ่านทางน้ำมันที่อยู่ภายในท่อ เพราะว่าน้ำมันไม่สามารถอัดตัวได้ ทำให้แรงทั้งหมดถูกส่งไป ที่น่าทึ่งก็คือ ท่อที่เชื่อมระหว่างกระบอกสูบทั้งสอง ไม่จำเป็นจะต้องเป็นท่อตรง สามารถโค้งงออย่างไรก็ได้ และกระบอกสูบตัวที่สองจะมีจำนวนกี่อันก็ได้ แรงจะถูกส่งถ่ายจากกระบอกสูบตัวแรก ไปที่ยังกระบอกสูบทุกอัน ด้วยแรงที่เท่ากันทุกกระบอกสูบ ไม่ใช่น้อยลงตามจำนวนของกระบอกสูบ ในระบบไฮดรอลิก การเพิ่มแรงให้มากขึ้น ทำได้ง่ายมาก 1. เพิ่มจำนวนลูกสูบ หรือ 2. เพิ่มพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบรองให้ใหญ่ขึ้น สมมติให้ลูกสูบ A มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2 นิ้ว (5.08 cm) ขณะที่ลูกสูบ B มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 6 นิ้ว (15.24 cm) พื้นที่หน้าตัดของลูกสูบทั้งสองคำนวณได้จากสูตร Pi x r2 ดังนั้นพื้นที่หน้าตัดของ ลูกสูบ A = 3.14 ส่วนพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบ B = 28.26 พื้นที่หน้าตัดของลูกสูบ B จะมากกว่าพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบ A อยู่ 9 เท่า นั่นก็หมายความว่า แรงที่เกิดจากลูกสูบ B จะมากกว่าแรงที่เกิดจากลูกสูบ A 9 เท่าด้วย ถ้าคุณออกแรงกดขนาด 10 กิโลกรัม ทางลูกสูบ A จะเกิดแรงขนาด 90 กิโลกรัมบนลูกสูบ B หรือถ้าคุณกดลูกสูบ A ลง 9 นิ้ว (22.86 cm) ลูกสูบ B จะขึ้น 1 นิ้ว (2.54 cm)

แรงเสียดทาน

แรงเสียดทาน คือแรงต้านทานของผิวสัมผัสที่เกิดขึ้น น้ำหนักทางซ้ายกับทางขวาทำจากวัสดุแบบเดียวกัน แต่น้ำหนักทางซ้ายเบากว่าน้ำหนักทางขวา แรงเสียดทานจะน้อยกว่าด้วย

ถึงแม้ว่าเมื่อสังเกตด้วยตาเปล่า เห็นว่าผิวของกล่องนั้นเรียบ แต่เมื่อขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์ จะเห็นรอยขรุขระของผิวกล่อง รอยขรุขระนี้แหละเมื่อเสียดสีกับพื้นจะทำให้เกิดแรงเสียดทานขึ้น และเมื่อจำนวนกล่องมีเพิ่มขึ้น แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นด้วย เพราะว่ารอยขรุขระทำให้ผิวสัมผัสเคลื่อนที่ได้ยากขึ้น

วัสดุต่างชนิดกัน รอยขรุขระย่อมไม่เหมือนกัน ลักษณะของความแข็งของพื้นผิวก็ไม่เหมือนกัน แรงเสียดทานจะต่างกัน ถ้าคุณเลื่อนก้อนยางไปบนผิวของยาง จะทำได้ยากกว่าถ้าคุณเลื่อนก้อนยางบนผิวของเหล็ก ตัวชี้บอกขนาดของแรงเสียดทานของวัสดุต่างๆที่นิยมคือ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

สัมประสิทธ์แรงเสียดทาน คือ อัตราส่วนของแรงกระทำ กับน้ำหนักของวัตถุ ดังนั้นถ้าพื้นสัมประสิทธ์ของแรงเสียดทานเท่ากับ 1 หมายความว่า คุณต้องออกแรงขนาด 10 กิโลกรัม ผลักน้ำหนักที่มีขนาด 10 กิโลกรัม แต่ถ้าพื้นนั้นลดสัมประสิทธ์แรงเสียดทานให้เหลือเท่ากับ 0.1 คุณจะออกแรงเพียง 1 กิโลกรัม ก็ทำให้น้ำหนักขนาด 10 กิโลกรัมเคลื่อนที่ได้

สรุปได้ว่า แรงเสียดทาน แปรตรงกับน้ำหนัก ถ้าน้ำหนักมากขึ้น คุณจะต้องออกแรงเพิ่มขึ้น เพื่อชนะแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้น

สัมประสิทธ์แรงแสียดทาน แรงเสียดทานมี 2 ชนิด คือแรงเสียดทานจลน์ และแรงเสียดทานสถิต ฉะนั้นสัมประสิทธ์จึงแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ 1. สัมประสิทธ์แรงเสียดทานจลน์ จะคิดเมื่อวัตถุกำลังเคลื่อนที่ 2. สัมประสิทธ์แรงเสียดทานสถิต จะคิดเมื่อวัตถุกำลังจะเริ่มเคลื่อนที่ โดยทั่วไป สัมประสิทธ์แรงเสียดทานสถิตจะมากกว่าสัมประสิทธ์แรงเสียดทานจลน์เสมอ

ระบบเบรก

คุณจะเห็นได้ว่า ระยะจากเท้าจนถึงจุดหมุน ยาวกว่าระยะทางจากกระบอกสูบถึงจุดหมุน 4 เท่า ดังนั้นแรงจากเท้าจะเพิ่มขึ้นเป็น 4 เท่าก่อนไปถึงกระบอกสูบ

เส้นผ่าศูนย์กลางของลูกสูบเบรกมากกว่าลูกสูบที่เท้า 3 เท่า ดังนั้น ขนาดของแรงจะเพิ่มขึ้นเป็น 9 เท่า เมื่อคำนวณแรงที่เพิ่มขึ้น จะเป็น 4 x 9 = 36 เท่า ถ้าคุณออกแรง 10 กิโลกรัมที่เท้า จะเกิดแรงเบรกขึ้น 360 กิโลกรัม

ระบบเบรกมีปัญหาอยู่เหมือนกัน คือ ถ้าน้ำมันมีการรั่ว จะไม่สามารถเหยียบเบรกได้ ที่เราเคยได้ยินว่าเบรกแตกบ่อยๆนั่นแหละ