【短時間でスッキリ！】車の仕組みを簡単にわかるように解説した。
この記事では
- 車の仕組みって改めて考えてみるとよくわからない
- エンジンがどうやって動いてるのか知りたい
- 車の原理をざっくりと知っておきたい
という方に向けて、車の仕組みをお話していきます。
車なんて生まれたときからあるし、今まで数え切れないほど乗ってきていると思いますが、
と言われれば、ぱっと説明できないものですよね。
この記事では、車の仕組みを簡単にわかりやすく説明してみました。
なお、この記事とほぼ同じ内容を動画でもお話ししていますので、お好きなほうでご覧ください。
車の仕組みを簡単にわかるように解説してみた
車を構成する3大要素とは
では早速、車の仕組みをお話していきます。
最近の車はどんどんと高性能になってきており、液晶が付いておりタッチパネルになっていたり、自動運転が搭載されたり…など、ハイスペックな車が登場しています。
ですが、今回は車を構成する最も基本的な３要素についてお話していきます。
ちなみに、この３要素がついていれば、「それは車である」と定義できるそうです。
その３要素とは
です。 これをパーツで言い換えると
となります。
今回はこの３つの要素についての仕組みを説明していきます。
ハンドルの仕組みとは
まずハンドルの仕組みからお話していきます。
車が曲がるためには、タイヤの方向を左右にずらすことが必要になります。
そして、皆さんはいつも曲がる時に、ハンドルを左右にくるくると回していると思います。
では、なぜハンドルを左右に回すと、タイヤが左右にずれるのでしょうか。
そこがイメージしづらいですよね。 そこをお話していきます。
まず、ハンドルの中心には棒が取り付けてあります。
つまり、ハンドルを回すことで、その棒が回転する仕組みとなっています。
そして、その棒がさらに左右に伸びた棒に連結されており、その左右に伸びた棒がタイヤに接続されています。
運転手がハンドルを回すことで棒が回転した時、その力を下のような歯車を使うことで、左右の棒の動きに変換しているのです。
ハンドルから伸びた棒にこの丸い歯車が付いていて、左右に伸びた棒に下の歯が付いているということです。
このように左右に伸びた棒が左右に動くことによって、タイヤについた部品を押し出したり、引いたりすることができます。
こうすることによって、ハンドルを回すことでタイヤを左右にズラすことができ、車を左右に曲がらせることができるというわけです。
ブレーキの仕組みとは
次に、ブレーキの仕組みについてお話していきます。
ブレーキは摩擦材というスポンジのようなものを、タイヤにこすりつけることによってタイヤの回転を止めています。
このブレーキの仕組みはシンプルなので、みなさんイメージしやすいと思います。
ですので、ここでは
ということについてお話していきます。
みなさん、高速で回っているタイヤを素手で止めることを想像してみてください。
恐ろしいですよね。
恐ろしいくらい力が必要だということが想像できたと思います。
その通り、ブレーキには何トンもの力が必要となります。
ですが、みなさんがブレーキを踏む力は軽く踏んだだけで車は止まります。
これはなぜでしょうか。
字の通り、油を使うことで大きな力を生み出しています。
では、どうやって油でそんな大きな力を生み出すのか。
ここで、面積と力と圧力の関係を説明します。
例えば、同じ力で圧力を生み出そうとした場合、 面積が小さい方が大きい圧力になり、面積が大きいほうが小さい圧力になります。
つまり、
となります。
まぁこんな式がわかりにくいという人は、気にしなくて良いです。
わかりやすいので言うと、同じくらいの力で肌をぎゅっと押した時に、手のひらで押すのと、指１本で押すのとでは、指のほうが強く感じる、みたいな感じです。
これは、手のひらよりも指のほうが面積が小さいので、圧力が大きくなっているからなんです。
油圧というのはこの仕組みを使っています。
どういうことかと言うと、 まず、みなさんがブレーキを踏んだその力は、その下にある油に伝わります。
そして、足で踏む方の面積を広くしておき、その先のタイヤ側の方の面積を小さくしておきます。
こうすることによって、
ということです。
あんな高速回転しているタイヤを止めているのは、こんな仕組みが使われているのです。
ちなみに、この法則は水とか他の液体でも同じです。
なのに、
です。
あと安価だからです。
どういうことかと言うと、液体には弾力性があり、それを「弾性」と言います。
例えば、空気って出口を閉じた注射器とかで押し込むと、ぎゅーと縮める事ができますよね。
それと同じように、液体も出口を閉じて押し込むと、ぎゅーと縮める事ができます。
弾性とは、この縮まる度合いのことです。
それが、油は全然縮まらないんです。
油圧を使う時に、圧力を高めて何かを押したいのに、油自体が縮まっちゃったら、押したいものが押せないですよね。
だから、縮まりにくい油を使っているということです。
エンジンの仕組みとは
では最後に一番凄いエンジンの仕組みをお話していきます。
エンジンは簡単に言うと、タイヤを回すための装置です。
つまり、回転させる力を生み出す装置ということです。
車は坂道を走ったり、高速を出す必要があるので、強い力の回転力が必要です。
では、どうやってそんな強い回転力を生み出しているのか、ですよね。
昔、エンジンを作った人は回転力を生み出したかったんですが、そのまま回転力を生み出すことは難しかったので、ピストン運動から回転力を生み出そうと考えました。
この図はエンジンの断面図です。
このエンジンの中の四角い部品が上下に動いているのがわかると思います。
それに
まずは、このようにして上下運動から回転運動を作り出しました。
では、次はどうやって上下運動をしているのか、です。
ここで出てくるのが、皆さんおなじみの「ガソリン」です。
ガソリンとは簡単に言うと、すごく燃えやすい液体です。
では、何のためにガソリンを燃やすのかと言うと、そこにある空気の温度を高めるためです。
そして、なぜ空気温度を高めるのかと言うと、空気を膨張させるためです。
結局は、空気を膨張させるために、ガソリンを燃やしているのです。
空気というのは、温度が上がれば膨張し、温度が下がれば収縮するという性質を持っています。
この空気の膨張を使って上下運動を作れば、強い力のピストン運動が作れると考えたのです。
鉄でエンジンという筒を作り、その中でガソリンを燃やせば、中の空気が膨張し、ピストンを下に押し出すことができますよね。
では、これではまだ１回ピストンを動かしただけで、上下運動はできません。
そこでどうしたかと言うと、同じものをもう１セット使って、軸を共通化させておくことを考えました。
１つ目の筒の爆発でピストンを下に下げたら、ピストンに繋がった回転軸は半周分、回転しています。
そして次に、２つ目の筒で爆発させることによって同じ半周分だけ軸が回転するので、１つ目の筒のピストンが上にがってくるということです。
つまり、ガソリンの爆発で下に移動した部品を、２つ目のガソリンの爆発がもとに戻してくれるのです。
これを交互に繰り返すことによって、永遠にピストンを上下に動かすことができる、と思ったのですが、 実はまだできませんでした。
ガソリンを燃やすためには酸素を含んだ空気が必要です。
ですが１度ガソリンが燃えた後の筒の中には、酸素を失った空気しかありません。
つまり、空気の入れ替えをする必要があったのです。
そこで、エンジンに弁をつけておいて、ピストンが下る時に空気を吸入するようにしました。
そして、さらにもう１つ筒を追加して、合計３つの筒で軸を共有させました。
これによって、１つ目の筒では
という動きになります。
ですが、このままでは爆発によって、ピストンを下げたいのにすでにピストンが下がっている状態になっています。
そこでもう１つ筒を追加しました。（何個追加すんねん）
これによって、
となりました。
ようやくこれで、１つ目の筒を再度爆発させることができる状態を実現できました。
これを全ての筒で１工程ずつずらして爆発させていくことによって、ガソリンがある限り永遠に回転力を生み出すことができるようになったのです。
あとは簡単です。
このピストン運動によって回転している軸に、タイヤを取り付ければそれでタイヤを回転させることができますよね。
実際の車では、なめらかな回転にするために色々な工夫がなされていると思いますが、原理としてはこういうことです。
どうだったでしょうか。
車が動いている仕組みがイメージできましたか？
仕組みを知ってみると、ますますこれを作った人のすごさが分かり、感謝の気持ちを感じると思います。
他にも物の仕組みについての記事をまとめていますので、気になる方はどうぞ。
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