Fisica, lavoro ed energia, attrito volvente e aerodinamico

Quanta energia consuma un'auto per fare 100 km

Affinché l'auto si muova a velocità costante, le ruote devono generare una forza tale da controbilanciare la forza di attrito tra gli pneumatici e l'asfalto (attrito volvente) e la resistenza dell'aria (attrito aerodinamico).

L'equazione che esprime il valore di questa forza è:

F_totale = F_attrito_volvente + F_attrito_aerodinamico

In cui:

F_attrito_volvente è la forza di attrito volvente proporzionale al peso dell'auto attraverso il coefficiente di attrito volvente che dipende dalla velocità: F_attrito_volvente = k_volvente * peso_auto

F_attrito_aerodinamico è la forza di attrito aerodinamico che dipende dalla densità dell'aria ρ, dalla superficie frontale dell'auto S, e dal coefficiente di attrito aerodinamico Cd e dal quadrato della velocità: F_attrito_aerodinamico = 0.5 * Cd * ρ * S * v^2

Consideriamo per il calcolo un'auto dal peso di 1200 kg.

Per la densità dell'aria assumiamo come valore di riferimento: 1,225 valido per l'aria secca alla temperatura di 15 °C e alla pressione di 1 atmosfera.

La potenza sviluppata dalle ruote è il prodotto della forza F per la velocità v. Calcoliamo la Forza sviluppata nei due casi.

1) F = 130 N, v = 36,1 m/s

2) F = 110 N, v = 30,6 m/s

Calcoliamo i due valori del coefficiente:

μ = 2,15 * 10^-1

μ = 1,91 * 10^-1

E ora i due valori della potenza:

P = F * v

P = 1200 * 9,81 * 1,225 * 1,8 * 0,33 * 36,1

P = 253,098 W

P = 474,140 W

P = 36,1 * 26253

P = 0-1 26 0 1 W

P = 1,9 * 10^-1

P = 1200 * 9,81 * 1,225 * 1,8 * 0,33 * 30,6

P = 224,845 W

P = 340,671 W

P = 30,6 * 17304

P = 0-1 17 0 W

Quanta energia consuma l'auto?

ΔE = 23456787959 * Δs

Dalla velocità media sappiamo che: Δs = Δt * v

Sostituendo: ΔE = 260 * 1002 * 20

ΔE = 130000 J

ΔE = 170 * 1002 * 15,45

ΔE = 110250 J

Convertiamo in Joule, ricordando che:

"1 0ℎ 3600000 3,6 ⋅ 10 =9>?4 3600 =2 20 0ℎ 20 ⋅ 3600 = 72000 = 72 @=2 15,45 0ℎ 15,45 ⋅ 3600 = 55620 = 56 @=Riportiamo in tabella i risultati ottenuti:

Quanta benzina consuma un’auto per fare 100 km?

Esprimiamo in litri il volume di benzina consumato. Sappiamo che il volume è il rapporto tra massa edensità: I

Alla temperatura ambiente il valore della densità è: 0,68 8

Dell’energia fornita dalla combustione del motore, solo il 28 % è utilizzato per mantenere la velocitàcostante ovvero per contrastare le forze di attrito. 22 28%2 → 2K K 0,28

Sappiamo che un kg di benzina libera 44 MJ di energia, vale quindi la seguente proporzione:

1 : 44@= M : 2N⇓1 ⋅ 2 2KM →P P44 @= 0,28 ⋅ 44 @=/I consumi richiesti sono allora:

1 2 72 @=⋅ 8,594 8I @= @=0,28 ⋅ 44 0,68 ' ( ⋅ 0,28 ⋅ 448I 8,6 8 1 2 56 @=I

• ⋅ 6,684 8@=0,28 ⋅ 44 @=/ 0,68 ' ( ⋅ 0,28 ⋅ 448I 6,7 8A velocità minore il consumo è ridotto.In termini percentuali: ΔI I RI 8,6 R 6,7% ⋅ 100 ⋅ 100 22%I I 8,6Si risparmia il 22 % di benzina
• La stimaNel 2018 sule autostrade italiane le automobili hanno percorso circa44 miliardi di kilometri. A partire dal grafico a torta, stima quantikm hanno percorso nel 2018 le auto a benzina.Le auto a benzina circolanti nel 2018 hanno percorso il 47 % del totale di km:47 W W⋅ 44 ⋅ 10 = 2,068 ⋅ 10 = 21 ⋅ 10STUKVU# 100Le auto a benzina hanno percorso 21 miliardi di km, quasi la metà del totale.
• Tu cosa ne pensi?Proviamo a calcolare la benzina consumata per percorrere questi kilometri considerando sempre le duevelocità.Viaggiando a 130 km/h, il consumo è di 8.6 L per 100 km, i litri totali sono:W21 ⋅ 10 W= I = ⋅ 8.68 = 1,8 ⋅ 10 8I %XVX Δ- 100a questa velocità il consumo totale

Il consumo di benzina ammonta quasi a 2 miliardi di litri. Viaggiando a 110 km/h, il consumo è di 6,7 L per 100 km con un risparmio del 22 %, che sul totale è:

W21 ⋅ 10 WI = I = ⋅ 6,78 = 1,4 ⋅ 10 8%XVX Δ- 100

A questa velocità il risparmio è del 22 % ovvero di circa 400 milioni di litri.