Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

А что же в машинах плохого?

Ездить на машине – почти то же самое, что быть человеком-снарядом. Автомобиль может нести вас над землей с огромной скоростью, преодолевая большие расстояния на одной заправке. Если бак вашей машины вмещает 70 л, а расход топлива составляет 7 л на 100 км, на одном баке вы можете переместиться на 1000 км. Остановившись для заправки всего четыре раза, вы можете пересечь США от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса.

Звучит впечатляюще, но на самом деле не так уж автомобиль и замечателен, как кажется. Конечно, если вы задались целью пересечь Америку, то он гораздо удобнее велосипеда. Во всяком случае, тогда, когда вы не готовы прикладывать сверхчеловеческие усилия. Здесь автомобиль, безусловно, самое быстрое и удобное средство передвижения, если не брать в расчет самолет или поезд.

Но представьте себе такую картину: вы хотите забраться на Эверест, и у вас есть три варианта – пешком, на велосипеде или на машине. И здесь сразу же приходит мысль: «Неужели мне необходимо тащить наверх весь этот металлолом?» Нести вверх велосипед – тоже удовольствие сомнительное, но если вы едете в гору на машине, то поднимаете не только свой вес, но и массу всего автомобиля (около 1,5 т). В этом и заключается его недостаток. Куда бы вы ни поехали на машине, вы чувствуете себя узником, к ноге которого цепью прикован металлический шар размером 4–5 м, весящий в 20 раз больше, чем вы сами. Если вы все же умудритесь добраться до вершины горы, то будете понимать, что 95 % потребленной энергии было истрачено впустую на подъем самой машины. И только 5 % тратятся на полезную работу, которая для вас важна: перемещение вашего тела на вершину. Именно поэтому автомобили пожирают столько бензина и потребляют столько воздуха. То, что я сказал о подъеме в гору, применимо к поездке на автомашине по любой поверхности. Куда бы вы на машине ни отправились, вы тащите с собой целую гору металла и тратите на это ценную энергию. И совсем неслучайно, что спортивный суперкар Ariel Atom, одна из самых быстрых машин в мире, является в то же время одной из самых легких. Она весит около 500 кг, от четверти до трети массы обычного малолитражного автомобиля[56].

▲ Почему автомобили такие тяжелые? Три четверти веса среднего автомобиля составляют сталь, железо и алюминий. Стальной корпус весит треть автомобиля, железный двигатель – около 15 %[57].

Одним словом, во всех автомашинах, работающих на углеводородах, есть один громадный недостаток: они слишком тяжелы. И этот вывод мы можем сделать сразу, еще не разбирая подробно других причин их неэффективности. Фундаментальная проблема автомобилей заключается в том, что они используют только 15 % энергии, заключенной в бензине. Остальное теряется разными способами: потери производимого тепла в цилиндрах, потери на трение в механической части, даже на звук, который издает двигатель, на работу электросхемы и т. д. Если бы коэффициент полезного действия автомобиля составлял 100 %, а энергия жидкого топлива полностью преобразовывалась в кинетическую, наши машины покрывали бы на том же количестве топлива в 5–10 раз большее расстояние. Это значит, что одной чайной ложки бензина нам хватало бы на полкилометра, а то и больше.

▲ На что автомобиль тратит энергию? Машины ужасно неэффективны. При поездке по городу только примерно 15 % энергии топлива, которое вы купили, генерирует полезную мощность для колес. Всё остальное – потери двигателя (например, потеря тепла в радиаторе), «паразитические» потери (ими мы «обязаны» генератору, который отнимает энергию для производства электричества) и потери трансмиссии, которая сообщает энергию колесам. По материалам Министерства энергетики США, Управления по транспортному сообщению и качеству воздуха[58].