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1つのタイヤが時速40kmで走る力で回転している状態であれば、4WDの車でその状態のタイヤが4つ動けば(4つ同時に動かすことでそれぞれのタイヤの力は弱まらないとします)、時速160kmになるでしょうか。それとも40kmのままでしょうか。それともその間の速度になるでしょうか。空気抵抗等は考慮しないものとします。

A 回答 (8件)

各タイヤのトルクが同じなら、4個タイヤをはくと4倍の力で


車は引っ張られることになる。

ただ、 時速 40 km で走るというのは、推進力と車の進行を
妨げる抗力が釣り合っていることを指すのであって、推力一定で
抗力がなければ速度は無限に上がってゆく。

またガソリンエンジンにはトルクのピークがあるから、
推力は速度が変わると変わってしまう。

なのでどのくらいの速度で加速が止まるかなどは、
質問の内容だけでは全然わからない。
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この回答へのお礼

ありがとうございます

お礼日時:2021/09/21 20:00

>他の3つに費やしたエネルギーは何処に行ったのでしょうか


別にエネルギーは費やしませんよ
現実には摩擦などのロスがあるので完全にゼロではありませんが
何の負荷もなく回転させるだけならエネルギーは要りません

ガソリンエンジンが動力なら
空転でも最低限のガソリン消費してエネルギーを使いますが
たぶん全部熱になって空気中にまき散らすだけです
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何か誤解があるようですが、ある力をかけて「時速 40 km」まで加速すれば、摩擦や空気の抵抗ない限り、何のエネルギーもいらずにずっと時速 40 km で走り続けます。


つまり、「時速 40 km のまま走り続ける」にはエネルギーも力も全くいりません。
「慣性の法則(力学の第一法則)」です。

時速 40 km の状態から、時速 160 km まで加速するには、それなりの力を加え続けないといけません。
どの程度の力をどれだけの時間だけ加えないといけないかといえば、「時速 40 km の状態の運動エネルギー」を「時速 160 km の運動エネルギー」にするのに必要な分だけです。
それは「加える仕事」=「加えるトルク × 継続時間」で決まります。車輪1本でも4本でも、その合計トルクです。
車体が重いほど、積み荷が重いほど、加えるエネルギーは多く必要です。
トルクが大きければ短時間で 160 km/h に達するし、小さければ時間がかかります。
160 km/h に達したらトルクを 0 にすれば、そのまま「等速直進運動」します。(何度もいいますが、摩擦も空気の抵抗もないという条件です)
160 km/h に達してもそのままのトルクを維持すれば、さらに加速を続けます。

現実には、エンジンのトルク性能は「回転数」によって変わるので、高速回転で同じトルクを維持するのは難しいし、現実には「摩擦」も「空気の抵抗」もあります。「空気の抵抗」は「速度に比例」して大きくなるので、高速になればなるほど「さらに加速する」ために必要なトルクが大きくなって行きます。
そういった「空気の抵抗の増加」と「エンジン性能」とから、現実的な「走行可能な最高速度」が決まります。
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この回答へのお礼

ありがとうございます

お礼日時:2021/09/21 20:00

そもそもタイヤは単なる力の伝達装置でしかないわけであって、タイヤがパワーを発揮して車を引っ張っているわけではありませんから「タイヤの動力」云々は全く関係ありません。

タイヤは単に「時速40kmで走れる回転数で回っている」と言うだけであって、車に動力を与えているのはあくまでもエンジンです。そしてタイヤ1個で走っている場合には(実際に走れるとは思えませんが)エンジンのパワーは全部そのタイヤ1個に注がれるのに対して、タイヤ4個で走っている場合にはエンジンのパワーもタイヤ4個に分散され、タイヤ1個当たりにかかる負担はその分少なくなるはずです。恐らくですか「タイヤ自体が推進力を持って走っている」と受け止めた事が誤謬の原因ではないかと思います。
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仮に「タイヤが4つなら4倍の時速160km」とすると、タイヤを付ければ付けるほど速くなる計算になるので、1億個ほど付けたら宇宙ロケット並のスピードになるかもしれませんが、エンジンの出力や回転数が同じなのにタイヤを増やすだけでそうなるのは明らかにおかしいでしょう。

理屈で考えれば「タイヤ4つで4倍の速さ」はあり得ないと分かるはずです。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。ただ一本のタイヤの動力だけで40キロで走れる(他はたた空回り)のに、他の3つも同じ動力をつけ同じ力を加えても、同じ速度ならば、他の3つに費やしたエネルギーは何処に行ったのでしょうか。

お礼日時:2021/09/21 08:27

スピードはタイヤではなく、エンジンとミッションで決まります。



タイヤはただの伝達装置ですと車体を維持するだけの装置です
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四輪自動車が時速40kmで走行しているとき、


タイヤは4つとも時速40km相当で回転しています(当然)。
二輪のバイクでも十輪以上のトレーラーでも同じです。

16両編成の新幹線が時速300kmで走行しているとき、
8輪✕16両=128輪の車輪はすべて時速300km相当で
回転しています。
少しでも速度が違ったりしたら、蛇行して脱線転覆します。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。ただ一本のタイヤの動力だけで40キロで走れる(他はたた空回り)のに、他の3つも同じ動力をつけ同じ力を加えても、同じ速度ならば、他の3つに費やしたエネルギーは何処に行ったのでしょうか。

お礼日時:2021/09/21 08:27

>空気抵抗等は考慮しない


なら
時速40kmの速度を出せるタイヤの、回転速度がそこまで

(具体的には直径80cmのタイヤ1回転で約2.5m進みます、
1時間で16,000回転すると、進む速度は時速40km)

という事です。なので
残る3個のタイヤも同じ回転速度で回転させても車体が進む速度は同じです。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。ただ一本のタイヤの動力だけで40キロで走れる(他はたた空回り)のに、他の3つも同じ動力をつけ同じ力を加えても、同じ速度ならば、他の3つに費やしたエネルギーは何処に行ったのでしょうか。

お礼日時:2021/09/21 08:28

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