5. Energibehov ved forskellige typer transport

Valg af transportmiddel kan have stor betydning for den miljøbelastning der er forbundet med transporten. For at skåne miljøet mest muligt, er det vigtigt at kende til de mest energieffektive transportformer.

Når et transportmiddel bevæger sig, det kan være en bil, tog eller fly, virker der nogle kræfter på dette, ofte kaldet modstande. Disse modstande har betydning for hvor meget energi der skal bruges for at holde transportmidlet i bevægelse. For at undgå at transportmidlet stopper, skal den effekt der leveres af motoren være lige så stor som den negative effekt der skyldes modstandene.

Vindmodstand: Vindmodstand er noget vi alle kender til, f.eks. som vind i håret hvis man cykler hurtigt. Ved denne hastighed betyder vindmodstanden ikke så meget, men tænk på hvor stor en påvirkning vinden har hvis man stikker hånden ud af vinduet af en bil mens man kører på motorvejen!

De modstande der virker på en bil er friktion mellem dæk og vej samt vindmodstand. Vindmodstanden er den mest væsentlige, især ved høje hastigheder. Dette skyldes at vindmodstanden er afhængig af hastigheden i anden potens.

F= 1/2 * p* v * AC, hvor  er luftens densitet, v er hastigheden, A er frontarealet og c er modstandskoefficienten, som afhænger af objektets (f.eks. bilens) udformning

Dette vil sige at når en bil kører 100km/t i stedet for 50km/t stiger vindmodstanden 4 gange selvom hastigheden kun fordobles. Friktionen mellem dæk og vej er derimod stort set ens uanset hastigheden.

Vindmodstanden er afhængig af størrelsen på det objekt luften rammer, men den er også meget afhængig af formen på objektet. Derfor kan man nedbringe vindmodstanden meget ved at formgive en bil på en god aerodynamisk måde, hvilket er noget bilfabrikkerne bruger meget tid på. Dog stiller billisterne mange krav til udformning og størrelsen på bilerne og vil gerne have en bil der er så rummelig som mulig. Dette stemmer sjældent overens med et aerodynamisk design, og det gør det svært for bilproducenterne at give bilerne et optimalt design i forhold til brændstoføkonomi.

Når man vurderer energibehovet for forskellige transportmidler, er det vigtigt at medtage kapaciteten transportmidlet har, hvad end det er passagerer eller gods der transporteres. Hvis man sammenligner et tog og en bil, et det klart at energibehovet er mindre for en bil. Men hvis man vurderer vindmodstanden på et tog i forhold til størrelsen af det, er denne faktisk ret lille. Dette skyldes at toget er meget langt sammenlignet med en bil, og derved er frontarealet som luften rammer mindre betydelig sammenlignet med en bil. På grund af dette, og at friktionen mellem skinner og hjulene på et tog er noget mindre end friktionen mellem dæk og vej for en bil, er det muligt at opnå et lavere energibehov per passager for et tog end for en bil.

Modstanden på et fly er udelukkende forårsaget af vindmodstand. Som før nævnt er vindmodstand meget afhængig af hastigheden, og da fly bevæger sig med meget høje hastigheder, ca. 800km/t, betyder det at vindmodstanden bliver utroligt høj. Det er dog nødvendigt for de store fly at bevæge sig med disse høje hastigheder for at holde sig i luften.

Når luften strømmer over flyets vinger dannes der lift og drag. Dette er en meget kompleks fysisk problemstilling, men kort fortalt er ideen med vingen at luften har længere vej over vingen inden under vingen. For at luften mødes samme sted bag vingen kræver det at luften over vingen bevæger sig hurtigere, hvilket betyder der kommer et lavere tryk på oversiden af vingen end på undersiden.  Dette, sammen med andre faktorer, resulterer i det man kalder lift, som altså er en kraft der påvirker flyet i opadgående retning, og som gør at flyet ikke falder ned. Drag er det vi kender som vindmodstand. Det opstår når luften skal flytte sig uden vingerne og selve skroget på flyet. Dette er en bagud vendt kraft som bremser flyet. Denne kraft skal selvfølgelig overvindes af flyets motorer, da det ellers mister fart og derved lift og vil begynde at tabe højde.

Piloten har mulighed for at ændre lidt på vingens design, hvilket gøres med såkaldte flaps. Herved kan man opnå mere lift når der er brug for det, normalt  udelukkende når flyet letter og lander. Dette betyder at man har lift nok til at holde flyet i luften ved lavere hastigheder, og det betyder at et almindeligt passagerfly (Boeing 737) kan lette ved omkring 250km/t, og lander ved en anelse lavere hastighed.

[ssquiz id=”15″]

Link til kapitel 6: Biobrændstoffer