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抵抗と燃料消費量

2022/04/05 18:57

(1) 井上孝司 Koji Inoue on Twitter: "普通の排水量型の船だと、ざっくりいって機関出力の所要が速度の 3 乗に比例するので、ちょっとスピードを上げるだけでも燃料消費はだいぶ増えちゃう。" / Twitter

　燃料消費量については「速度の3乗」ではなく「速度の２乗」で考えなければなりません。

　船の場合、抵抗(力、単位はN(ニュートン))は速度の２乗に比例します。
　出力＝仕事／時間＝力×速度
　ですから、必要出力は速度の3乗に比例します。

　出力×時間＝仕事量ですから、熱効率が同じなら燃料消費量は出力、時間それぞれに比例します。

　速度を２倍にしますと抵抗は４倍、必要出力は８倍になります。同じ距離を航行するなら所要時間は1/2になりますから、必要出力が8倍になっても燃料消費量は４倍です。
　仕事量＝力×距離で、力(この場合は抵抗)は速度の2乗に比例するのですから、当たり前ですね。

　という訳で最初の結論になります。

　自動車で平坦路を走る場合、空気抵抗と転がり抵抗を受けますが、空気抵抗に関する燃料消費量も同じ考え方です。

　60km/hで平坦路を走っている時の燃費を32km/L、その時の空気抵抗と転がり抵抗は同じとします。
　100km/hに速度を上げると、空気抵抗は2.777倍に増加し転がり抵抗は変わらないとすると(実際は増加するが)、全走行抵抗は1.89倍に増加します。必要出力は3.15倍です。
　したがって、熱効率が変わらなければ燃費は16.9km/Lになりますが、実際はこれよりいい数字になります。ガソリンエンジンはある程度負荷を掛けた方が熱効率が高いからです。
　電気自動車の場合は逆ですね。