مبدأ عمل السيارة

السيارة عبارة عن صندوق معدني يحتوي على عجلات في الزوايا تنقلك من النقطة أ إلى ب، نعم، لكنها أكثر من ذلك من الناحية العلمية؛ إن السيارة هي محول للطاقة ويرتكز مبدأ عمل السيارة على تحرير الطاقة المحفوظة في الوقود مثل البنزين أو الديزل وتحويلها إلى طاقة ميكانيكية في العجلات المتحركة والتروس. عندما تعمل العجلات على تشغيل السيارة تصبح الطاقة الميكانيكية طاقة حركية.

يتمثل التحدي المتمثل في بناء محرك السيارة في الحصول على أكبر قدر ممكن من الطاقة من كل قطرة من الوقود  لجعل السيارة تذهب إلى أبعد وأسرع ما يمكن.

تصنع المحروقات البترولية من الهيدروكربونات، وتتكون الجزيئات من ذرات الكربون والهيدروجين (مع عناصر أخرى أقل  مثل الأكسجين)، يحتوي الخشب والورق والفحم أيضًا على هيدروكربونات حيث يمكننا تحويل الهيدروكربونات إلى طاقة مفيدة بمجرد حرقها، فعندما تحترق الهيدروكربونات مع الهواء، تتفكك جزيئاتها ويتحد الكربون والهيدروجين مع أكسجين الهواء لينتج غاز ثاني أكسيد الكربون والماء، في حين يتم إطلاق الطاقة التي تحملها الجزيئات كحرارة. هذه العملية والتي تسمى الاحتراق تطلق كميات هائلة من الطاقة.

يقوم مبدأ عمل السيارة على أن محركات السيارات تهدر طاقة أقل وتستفيد منها في عملها، فهي تحرق الوقود في حجرات مغلقة، وتستفيد من معظم الطاقة الحرارية التي يطلقها الوقود لتحولها إلى طاقة ميكانيكية يمكنها تشغيل السيارة.

في أواخر السبعينات من القرن التاسع عشر، بنى نيكولاس جوزيف كوجن، وهو مهندس فرنسي سيارة كانت تعمل على البخار لكنها كانت مكلفة.

مع مرور الوقت، بدأ المهندسون بتجربة السيارات التي تعمل بالبنزين، حيث مكنتهم من السفر بسرعة وإلى مسافات أطول.

قرابة نهاية القرن التاسع عشر، أصبحت ألمانيا مركز صناعة السيارات حيث بنى نيكولاس أوتو أول محرك احتراق داخلي، وبدأ غوتليب دايملر وكارل بنز أيضًا ببناء محركات تعمل بالبنزين.

السيارات هي آلات معقدة للغاية تحتوي على عدة نظم تعمل معًا لتشغيل السيارة، فيما يلي أهم النظم التي تتواجد في السيارات والتي يعتمد مبدأ عمل السيارة على تكاملها معًا.

قلب كل سيارة هو
محركها الذي ينتج القوة التي تشغل العجلات والكهرباء للأضواء وغيرها من الأنظمة.

يتم تشغيل معظم السيارات بواسطة محرك احتراق داخلي حيث يتم حرق الوقود، وعادة ما يكون البنزين مع الهواء لإنتاج الغازات التي تتمدد، ثم بخلق شرارة الإشعال التي تشعل الغاز وتحرقه، تنتقل هذه الطاقة خلال الأسطوانات التي تنزلق فيها المكابس إلى الأعلى والأسفل وهي متصلة بالقضبان التي تحرك العمود المرفقي، كما تحتوي محركات السيارات العادية من أربعة إلى ستة اسطوانات، ولكن هناك أيضًا طرازين يحتويان على ثمانية وثمانية عشر اسطوانة، يتم تمرير حركة التدوير من خلال نظام نقل الحركة إلى عجلات القيادة.

حين الحديث عن مبدأ عمل السيارة لا يمكن إغفال هذا العامل؛ يضخ نظام الوقود البنزين من الخزان إلى المحرك، وكانت السيارات القديمة تستخدم كاربوريتر يعمل على خلط الوقود بالهواء وإرسال الغاز إلى المحرك، كما أن هناك بعض السيارات التي لديها نظام حقن الوقود الخاص الذي يرش البنزين في المحرك، أما الآن تحتوي السيارات الحديثة على مضخات شحن تمتص الهواء الزائد وبالتالي توفر مزيدًا من الطاقة.

هام جدًا في مبدأ عمل السيارة ، إذ لا فاائدة من السيارة دون نظام الدفع. يُطلق على المحرك وجميع الأجزاء التي تنقل الطاقة إلى العجلات اسم نظام الدفع، وهي تشمل ناقل الحركة، عمود التوجيه، المحاور وعجلات القيادة التي تحرك السيارة.

يتحكم ناقل الحركة في السرعة وعزم الدوران، فعندما تنتقل سيارة بسرعة عادية على طريق مسطح  فإنها لا تحتاج إلى الكثير من عزم الدوران للحفاظ على حركتها، ولكن عندما تريد أن تبدأ سيارة الصعود إلى تل، يجب على المحرك إنتاج المزيد من الطاقة.

في السيارات ذات ناقل الحركة اليدوي، عليك تغيير التروس بالضغط على القابض بقدمك وتحريك الذراع، أما في السيارات مع ناقل حركة أوتوماتيكي تتغير التروس دون التحكم من قبل السائق.

يتحكم نظام التوجيه في العجلات الأمامية، حيث أن تحويل عجلة القيادة يجعلها تتجه إلى اليسار أو اليمين.

نظام الفرامل يبطئ أو يوقف السيارة، والفرامل تعمل على جميع العجلات الأربع، كما تحتوي جميع السيارات على فرامل يدوية في حالات الطوارئ والتي تستخدمها في حالة فشل النظام الهيدروليكي، كما تعمل أنظمة المكابح المانعة للانغلاق (ABS) على استمرار دوران العجلات عند الضغط على المكابح. يعمل نظام التحكم هذا على منع الانزلاق إذا كنت على طريق زلق.

نظام التعليق يدعم وزن السيارة ويسمح لكل عجلة للتحرك صعودًا وهبوطًا من تلقاء نفسها.

عندما تعمل السيارة تنتج غازات عن احتراق الوقود ويجب إزالتها بحيث يمكن حرق الوقود الجديد، إذ تدفع المكابس في أسطوانات المحرك الغاز من المحرك الذي يمر من خلال كاتم للصوت في أنابيب الذيل، كما يحافظ الكاتم أيضًا على تشغيل السيارة بهدوء.

حرق الوقود داخل محرك السيارة يخلق الكثير من الحرارة ويجب إزالة معظمها عن طريق نظام التبريد. أنظمة التبريد السائل لديها خليط من الماء والمواد الكيميائية، وتضغط مضخة الماء هذا المزيج بين أسطوانات المحرك ثم يتم ضخ الماء الساخن من خلال المشعاع حيث يشتت الهواء الحرارة.

الشحم مهم لتشغيل المحرك، ويتواجد في الأجزاء المتحركة بحيث لا يحتك المعدن مع القطع المعدنية الأخرى، وبدون التزييت يصبح المعدن حارًا للغاية ما يؤدي إلى تعطل المحرك. وبغض النظر عن مبدأ عمل السيارة ، يبقى هذا النظام مشتركًا بين جميع السيارات تقريبًا.

تحتوي لوحة القيادة على العديد من الأدوات التي توضح مدى سرعة الحركة وكمية البنزين المتبقي في الخزان  ودرجة حرارة الزيت وبعض المعلومات الأخرى.

جسم السيارة هو الغلاف الخارجي الذي يحيط بالأجزاء الميكانيكية والركاب بالداخل، وتصنع معظم الأجسام من الصلب، على الرغم من أن بعض الأجزاء مصنوعة من البلاستيك القوي أو الألياف الزجاجية، كما يتضمن الجسم مقصورة الركاب وغطاء المحرك والجذع والمصدات التي تغطي العجلات.