סיכום הדרכת נהיגה בחולות - 7/1/22

כמו בכל הדרכה של אתר השטח, אנו מתכנסים ליום ההדרכה ומתחילים בלימוד החלק התיאורטי של המיומנות המבוקשת - הכנת הרכב ונהיגתו בחולות.
וכמו בכל שיעורי החלק העיוני אנו מתחילים בללמוד את התשובות לשאלות למה? - למה מתנהג רכב 4 גלגלי בחולות כפי שהוא מתנהג?
אז על כוס קפה ומאפה באדיבות המדריך, אנו מתחילים בשיעור.

מאחורי כל התנהגות גופים בעולם עומדים חוקים מדעיים

חוקים של הפיזיקה הבסיסית ביותר (מכניקה), הם שיעזרו לנו לענות על שאלות ה"למה".
1. למה מתנהג רכב שנכנס לדרך חולית כפי שאנו רואים בסרטון הבא

כך מתנהג רכב שיורד מהכביש לחולות, ללא הכנה מקדמת

מהו הספק מנוע ומהו דחף שמייצר מנוע?

כולנו מכירים ומשתמשים במונח "כוח סוס" לציון עוצמתו של מנוע. חלקנו משתמשים במונח באופן שגוי כשאנו מציינים שרכב מסויים מצוייד במנוע בעל כוח של 150 כ"ס. חלקנו מציינים נכון ש-150 כוחות סוס הוא הספק המנוע בסל"ד מסוים.
וכאן המקום להדגיש שאכן גרף ההספק של כל מנוע מראה כי ההספק הוא יחסי לסל"ד המנוע. בסל"ד נמוך - הספק נמוך, בסל"ד מסויים (בדרך כלל במנועי בנזין מודרניים סביב 5,500 סל"ד, ובמנועי דיזל מודרניים סביב 3,000 סל"ד) הספק מיירבי, היורד משם גם אם הסל"ד עולה.

גרף הספק ומומנט של מנוע בנזין

את הדיון במומנט של המנוע דחינו להמשך השיעור, והסברנו בשלב זה רק את מהו ההספק - הספק הוא יחידה המציינת "עבודה", דהיינו פעולה המתרחשת לאורך דרך ולאורך זמן. ואינה יחידת כוח.
כוח או דחף הם הגורמים לגוף לשנות את מצבו. במקרה שלנו לרכב להתחיל לנוע ממקום עמידתו.

אז מהו "כוח סוס"?

המונח "כוח סוס" נולד כמעט ביחד עם הרכב המנועי. בני אדם הכירו אמצעי שינוע - עגלה הרתומה לסוסים, והנה הופיעה "קופסא על 4 גלגלים שנעה באמצעות מנוע המותקן בתוכה, והדרך הכי טריביאלית לתאר את "כוחו" של המנוע להניע את העגלה היה לציין לכמה סוסים שהיו רתומים לאותה קופסא הוא אקויולנטי.
מבחינה מדעית "כוח סוס" אחד הוא הכוח הנדרש להרים משא שמסתו 75 ק"ג (שעל כדור הארץ הוא גם שוקל 75 ק"ג), לגובה 1 מטר תוך זמן של 1 שניה. ומכך רואים בעליל שמדובר בעבודה (הספק) ולא כוח דחף.

תרגום הספק המנוע לדחף - כוח שיגרום לתנועה

אז השאלה הבאה שחשובה ללימוד של נסיעה בחולות היא כיצד מתורגם הספק המנוע לדחף שיזיז את הרכב ממקומו והוא יהיה בתנועה?
מבחינה מכאנית מועברים סיבובי המנוע (שלהזכיר בכל סל"ד ההספק שונה), דרך תיבת הילוכים (ואם הרכב מצוייד במה שקרוי בסלאנג "הילוך כוח"), גם דרך תיבת העברה), אל הגלגלים המניעים את הרכב. ובמקרה של רכב המיועד לנסיעה בשטח לכל 4 הגלגלים. איך מתורגם מבחינה פיזיקלית סיבוב הגלגל לתנועת הרכב? כאן אנו פוגשים לראשונה את החוק השלישי של ניוטון הקובע שכל גוף המפעיל כוח על גוף הצמוד לו - הגוף הצמוד לו מפעיל עליו בחזרה את אותו הכוח רק בכיוון הפוך. אם נסתכל על גלגל רכב המונח על משטח, למרות שהוא עגול, יש לו שטח קטן על הסוליה (בהיקפו), המהווה את המגע עם המשטח. כאשר המנוע מסובב את הגלגל אחורה, הגלגל "רוצה" לדחוף את המשטח (דהינו את כדור הארץ) אחורה, ולפי החוק השלישי של ניוטון, המשטח (כדור הארץ), מפעיל על הגלגל את אותו הכוח רק במגמה הפוכה - דהינו קדימה. ברור לחלוטין שמפאת יחס גודלי המסה שבין כדור הארץ לרכב, הכוח שמפעילים הגלגלים על המשטח אחורה אינו מזיז לחלוטין את המשטח אחורה, ואילו הכוח הפועל בחזרה על הגלגלים על יד המשטח, מזיז גם מזיז את הרכב קדימה.

מסלולי טיול: לא רק חולות - מניצנים לחולות אשדוד | מסלול טיול – חולות ניצנים

נזכור את זה ונעבור לעיקרון הפיזיקלי הבא המסביר את התנהגות הרכב בחולות. עקרון זה הוא המשוואה המתארת לחץ. מהו הלחץ שמפעיל גוף קשיח על משטח? דוגמה פשוטה: נקח מסמר שלא חוד מצד אחד ו"ראש" שטוח מהצד השני, אם נצמיד את המסמר למשטח ונפעיל עליו כוח על "ראשו" (מכת פטיש, או סתם משקולת גדולה המונחת עליו), הכוח הזה יגרום למסמר להינעץ בתוך המשטח אפילו אם הוא קיר בטון. הלחץ שמפעיל המסמר על המשטח גורם לו להנעץ בתוכו. מבחינת המשוואה היא: לחץ = כוח מחולק בשטח המגע. ברור מהדוגמא לעיל שאם נפנה את חוד המסמר למשטח אז כוח סביר יגרום לו להנעץ בתוכו. אבל אם נהפוך את המסמר וננסה לנעוץ אותו באמצעות הפעלת כוח על החוד ונעיצת "ראשו השטוח" גם כוחות גדולים מאוד לא ינעצו את המסמר ההפוך למשטח בכלל.

נוסחת הלחץ

איך כל הדיון הפיזיקלי הזה קשור לההדרכה שלנו?

פשוט מאוד - כאשר אנו נוסעים עם רכב על כביש לחץ האוויר בגלגלים (לפי הוראות היצרן) צריך ליצור מהצמיג גוף עגול שלמרות שמופעל עליו כוח של 1/4 ממשקל הרכב (בהנחה שמרכז הכובד של הרכב בערך באמצע השלדה), בבואו של המצמיג במגע עם הכביש הוא ישמור על צורתו שנבנתה באופן אופטימלי למשימת הצמיגים - להניע את הרכב קדימה (החוק השלישי של ניוטון), להגות את הרכב ולבלום אותו.
לעומת זאת כאשר אותו צמיג שיורד מהכביש ונכנס לשטח חולי הוא פתאום מתנהג כמו אותו מסמר שבכוח לא גדול נעצנו במשטח בטון. מה קורה אז? ברגע שהצמיג התחפר בחול (ועדיין לא "התיישב הרכב על גחונו על החול"), הוא כבר לא במצב של החוק השלישי של ניוטון - דהיינו "דוחף את המשטח אחורה" והמשטח דוחף אותו קדימה, אלא אם הוא נמצא לכאורה בתוך מלתעות שלופתות אותו ומנסות לבלום את הסיבוב, אבל אין כל הנעה קדימה (או אחורה), והרכב רק מתחפר יותר עד שהוא פשוט "יושב" על הגחון.

ולכן עולה השאלה מה ניתן וצריך לעשות לאותו הצמיג? צריך להביא אותו למצב של המסמר ההפוך - זוכרים? גם כוח בל ישוער לא יצליח לנעוץ את המסמר למשטח. אותו הדבר עם הצמיג. עלינו להגדיל באופן משמעותי את שטח המגע. וכשאומרים משמעותי - במקרה של המסמר שטח החוד בד"כ כ-1/10 מ"מ, שטח "הראש" 2-3 מ"מ ואנו רואים שבהגדלת השטח פי 20 - 30 במקרה של מסמר אנו הופכים את נעיצתו במשטח לבלתי אפשרית. האם נוכל להגדיל את שטח המגע של הצמיג עם הקרקע ולכמה? התשובה כמובן היא חיובית. ע"י ריקון אוויר והקטנת הלחץ בצמיג הוא מתעוות עקב משקל הרכב ומקבל צורה חדשה שמשמעותה הגדלת שטח המגע. פי כמה? זה כמובן תלוי בכמה לחץ נקטין מהמצב על הכביש. זה כמובן תלוי במידות הצמיג וגמישות הסוליה והדופן שלו. בואו נקח צמיג שמידותיו 195X65X16 זה צמיג לרכב שטח יחסית קטן. מה אומרים המספרים? 195 - רוחב סוליית הצמיג במ"מ. 65 - זה מספר המייצג את "חתך הגובה של הצמיג" שהוא 65% מגודל הסוליה - דהיינו 126 מ"מ גודל הדופן. 16 - הוא קוטר החישוק שעליו מורכב הצמיג ביחידות אינטש (2.5 ס"מ לערך). לפיכך במצב של לחץ אוויר תקני לכביש (בד"כ סביב 35 psi או 2.2 BAR (אטמוספירות), שטח המגע עם המשטח יהיה cm2 19.5X3 = 58 סמ"ר. קטן משטח המגע של נעל בן אדם!!! הלחץ על כל גלגל עבור רכב השוקל 2,000 ק"ג לערך יהיה 500 ק"ג/ 0.0058 מטר רבוע = 86,206 פאסקל (יחידה מדידת הלחץ של מוצקים). לחץ זה גורם לשקיעת הגלגל בחול. מה קורה אם נקטין לחץ ונרשה לגלגל לאבד את צורתו המעגלית ושטח המגע בהיקיפו כבר לא יהיה 3 ס"מ אלא כפי שנראה בתמונה קרוב ל-20 ס"מ - שימו לב לטעות נפוצה בין הג'יפאים החושבים ששטח המגע של הגלגל עם המשטח, גדל במימד הסוליה - זה לא נכון אלא אם הגלגל ללא אוויר לחלוטין והדופן מתקפלת לחצי והגלגל נח על הסוליה ושני חצאי דופן. במצב של חצי לחץ כביש הדופן אינה קורסת אלא מעט מתעוותת והשטח של מגע הגלגל עם המשטח נובע מהגדלת מימד ההיקף של הגלגל שנוגע בקרקע. כמו שנראה בעליל בתמונה הבאה.

שטח המגע של גלגל שהלחץ בו הורד ל 10 psi

תמונת גלגל במצב לחץ 10 psi

מהתמונה רואים כי שטח המגע של הגלגל עם המשטח גדל בהיקף מכ-3 ס"מ במצב לחץ תקני לגודל שהוא כשלושת רבעי קוטר החישוק במקרה זה ג'יפ רוביקון עם חישוק 17 אינטש דהינו כ-42.5 ס"מ ו 3/4 ממנו הם 31 ס"מ.
ולכן שטח המגע בהורדת לחץ ל-10 psi גדל מ-19.5X3 ל-19.5X30 דהיינו פי 10.
אם נחזור לחישוב הלחץ נראה שבמצב זה הלחץ הוא רק 8,206 פסקאל. שהוא פחות מהלחץ שמפעיל בן אדם העומד על חול. כמו כן רואים בעליל כי גם במצב לחץ כזה הדופן עדיין לא קרסה ואין מגע בינה ובין המשטח.

בלחץ "חצי כביש" נתקעים

בלחץ 10 psi עולים כל דיונה

משמעות ההספק של המנוע במובן הדחף שהוא מספק

עכשיו כשהבנו לחלוטין את משמעות הקטנת לחץ האוויר בצמיגים ליכולת לנוע בחולות, ניתן להסביר את הכוחות המניעים את הרכב.
למדנו כי כשאומרים שלמנוע יש 174 כ"ס זה אומר שהוא יכול להרים 13,050 ק"ג לגובה מטר תוך 1 שניה. מה זה אומר לגבי הכוח הדוחף אותו בעת שהוא במעלה או שקוע בחולות? זה לא אומר כלום!!! והסברנו.
אם רוצים לתרגם את ההספק בכוחות סוס של מנוע לכוח הדחף שהוא מפעיל על מרכז הכובד של הרכב בכיוון הנסיעה הרצוי, יש נוסחה שהמשמעות המרכזית בה היא שהכוח תלוי במהירות הגוף הנע באופן ישיר!!!! זאת אומרת שאם לדוגמא מנוע שההספק שלו הוא 180 כ"ס - מה הכוח שהוא מפעיל על הרכב לתנועה? כוח זה תלוי במהירות במטר לשניה שהרכב נמצא בה בעת המדידה. כלומר, אם מנוע כזה דוחף רכב והוא במהירות 20 קמ"ש, שהם 5.5 מטר לשניה, הדחף שהוא מספק הוא בערך 2,000 ק"ג דחף. באותו האופן אם הרכב במהירות 1 קמ"ש (תקוע בחולות), כוח הדחף הוא רק 150 ק"ג שהוא, בערך הכוח שיכולים להפעיל שני אנשים הדוחפים את הרכב. מכאן עולה בבירור שהמשמעות של מנוע 200 כ"ס או מנוע 100 כ"ס בטלה בשישים לעומת השפעת מהירות התנועה ברגע המדידה.

לקריאה נוספת:
טיפ נהיגה בדיונות ובשטח חולי
לבנות אוטוסטראדה בחולות
הורדת אוויר בצמיגים בירידה לשטח
טיפ בטיחות: נהיגת קיץ בטוחה

המשמעות של הילוך כוח נעשית ברורה מיד אם יחס ההעברה בהילוך הכוח הוא אחד לארבע, הרי שבמצב 1 קמ"ש כוח הדחף יהיה כבר 600 ק"ג. יחס זה מאוד משמעותי ליכולתם של רכבי הילוך כוח לטפס מעלות (לא בחולות), בזחילה, ואילו רכבים ללא הילוך כוח, צריכים מהירות. אבל זה רק חצי מהסיפור. החוק הראשון של ניוטון קובע שכל עוד לא הופעל על גוף כוח הוא ימשיך לעד במצבו. במקרה של גוף בתנועה הוא רוצה להמשיך בתנועה והגודל שיתנגד לעצירת התנועה הוא מסתו של הגוף בק"ג מוכפלת במהירותו במטר לשניה. גודל זה נקרא תנע. ולכן כדי לחזור לדוגמא של רכב בתנועה במהירות 20 קמ"ש - (5.5 מטר לשניה), המנוע בן 174 כ"ס שהוא מצוייד בו דוחף אותו בכוח של 2,000 ק"ג. לעומת זאת התנע שלו (בהנחה שרכב עם מנוע כזה מסתו לפחות 2,000 ק"ג), יהיה 2,000X5.5 = 11,000 ק"ג, פי 5 מכוח הדחף שמספק המנוע. המסקנה מכאן לנסיעה בחולות ברורה לגמרי - אם רוצים לטפס בקרקע טובענית כמו חול במעלה תלול שבו רכיב האופקי של משקל הרכב שבשיפוע, שמשתתף עם התנגדות החול לתנועה - כוח המנוע לא יספיק והרכב יאיט (גם התנע וגם כוח המנוע יורדים בהתאמה והוא יעצר). אם ניתן לו תנע ראוי לפני המכשול בדמות מהירות של 15 קמ"ש לפחות התנע לבד יעלה אותו למרום הדיונה.

תנע (צבירת מהירות) עושה את העבודה

התרגול המעשי

מצויידים בהבנת הגורמים המשפיעים על התנהגות רכב בחולות יצאנו לתרגל את הדברים באופן מעשי:
1. ניסינו לנוע בשטח טובעני בלחץ צמיגים של הכביש - כמובן שאף אחד לא צלח את הקטע הטובעני (למרות הרטיבות מהגשם של תחילת השבוע).
2. הורדנו לחץ בשלב ראשון "לחוק האצבע" - חצי מהכביש וניסינו שוב - הרכבים שמידות הצמיגים שלהם יחסית למשקלם גדולות צלחו את המכשול בקלות. נוכחנו גם בהשפעת מידות הצמיגים של הרכב שבמידה והן קטנות מלכתחילה, גם הגדלת השטח בהורדת 1/2 לחץ הכביש לא מספקת.
3. אז ניסינו קודם את התנע. לאחר שניים-שלושה נסיונות בהם החשש ללחוץ על הדוושה ירד - פלא הרכב צלח את המכשול.
4. הלכנו ל"אמבטיה" - לא להתרחץ כמובן, אלא להיות מוגבלים ביכולת צבירת התנע. שם זימן המקום מצב מצויין לתרגול חילוצים, שנספר עליו מיד, אך כאן הפעלנו את מוד החרום והורדנו לחץ ל-10 psi וראה זה פלא - הרכבים עם מנוע חזק שהשקיעה בחול עקב השטח המוגדל היתה מועטה צלחו את המכשלה ללא צורך בעזרה.
5. לאחר מכן תרגלנו מספר פעמים את הנסיעה הנכונה (תנע וקוים ישרים), עברנו לחילוצים.
6. הג'ימיני צר הגלגלים הוא הדגמת חילוץ טובה. במרכז האמבטיה בקטע טובעני הוא חיש קל התחפר ושקע לחוסר יכולת לנוע לא קדימה ולא אחורה. תרגול ראשון - חילוץ עצמי. הציוד: אתי חפירה וגם ידיים. חפרנו נתיב ליציאה (שהחוק השלישי של ניוטון יעבוד), ושחררנו את הגחון מלהשען על הקרקע. הג'ימיני בכוח המנוע שלו ובמהירות 1-2 קמ"ש לא מספיק. אבל ראה זה פלא שני אנשים דוחפים, חזקים יותר מכוח המנוע במהירו הזו והרכב נחלץ ללא שום גמגום או שהיה.
7. תרגול שני - חילוץ עם עזרים. הפעם נתנו לטרופר הכבד לחצות את החול הטובעני וכמובן שחיש קל הוא תקוע. הפעם הורדתי שתי שפאלות בנויות ממתכת לתפארת מדינת ישראל, טמנו אותן בחול לפני הגלגלים האחוריים, והטרופר עולה עליהן ומדלג קדימה את אורכן 120 ס"מ ושוב שוקע. שום בעיה - שוב חופרים, שוב מניחים את השפאלות והפעם עקב רידוד השיפוע במעלה הטרופר מצליח לצבור מהירות על השפאלות והתנע שנוסף לכוח מנוע מזניק אותו החוצה לקרקע יותר מוצקה והוא בחוץ. מקפלים את הכננת ואת רצועות הגרירה.
8. נסיעה נכונה בשבילים חוליים. הטכניקה - קווים ישרים, מינימום תנועות הגוי, שמירת מרחק מהרכב שלפניך, שימוש בדפנות השביל לאחיזה טובה, המנעות משיחים המסתירים הפתעות, שמירת מהירות במידת האפשר. דרך ארוכה וטובענית עוברת די בקלילות חבורה ממושמעת ומקבלת הדרכה למופת.

תרגול צורך בהורדת לחץ

חופרים בחילוץ עצמי

חילוץ בעזרת שפאלות

תרגול נסיעה נכונה

בדרכי החול

לסיכום

כאשר מבינים למה זה קורה, מבצעים את האיך לנהוג הרבה יותר טוב

לעוד מסעות והדרכות בארץ ובעולם:

למסעות הבאים בארץ - הקלק כאן
למסעות הבאים בעולם - הקלק כאן
להדרכות הנהיגה הבאות - הקלק כאן