Warum können Motorräder schneller beschleunigen als Autos?

Bei der Leistung eines Fahrzeugs sind zwei wichtige Punkte zu beachten

1. Leistung über Gewicht ist direkt proportional zur Beschleunigung. Tatsächlich ist Beschleunigung (ohne Luftwiderstand) genau Kraft über Impuls

   $$a= \frac{P}{m v}$$

   Berücksichtigen Sie also beim Vergleich zwischen einem Auto und einem Motorrad, dass das Verhältnis von Leistung zu Gewicht (und damit Leistung zu Masse) bei einem Motorrad viel höher ist.

   Das spielt bei mittleren Drehzahlen eine Rolle. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten ist Traktion wichtig und bei höheren Geschwindigkeiten werden aerodynamische Kräfte signifikant.

2. Die Traktion erzwingt bei den meisten Fahrzeugen eine sehr ähnliche Beschleunigung im 1. Gang (mit der Einschränkung, dass Motorräder Wheelies machen können, was die Traktion erhöht). Also, wenn die Beschleunigung zunächst auf einige beschränkt ist$a=\mu g$Was sich zwischen den Fahrzeugen unterscheidet, ist die Geschwindigkeit, bei der die Beschleunigung nur aufgrund der Leistung erfolgt. Nennen wir das$v_1$, und entspricht normalerweise der Höchstgeschwindigkeit im ersten Gang.

   $$v_1 = \frac{P}{\mu\,m g}$$

   Auch hier gilt: Je höher das Leistungsgewicht ist, desto höhere Geschwindigkeiten können im ersten Gang (im Allgemeinen) erreicht werden. Ein Sattelzug kann beispielsweise mit 16 km/h vom 1. in den 2. Gang schalten, während ein Pkw mit 40 km/h und ein Motorrad mit 110 km/h schalten kann.

So kann ein Motorrad an der maximalen Traktionsgrenze auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigen und dann unter Last in die Beschleunigung übergehen. Natürlich gibt es viele Faktoren, die in die Konstruktion von Antriebssträngen einfließen, und das oben Gesagte ist eine sehr grobe Vereinfachung.

Die maximale Beschleunigungsrate eines Fahrzeugs wird durch sein Leistungsgewicht bestimmt. Es ist heutzutage üblich, Sportbikes zu haben, die 500-600 Pfund (mit Fahrer) wiegen und 100-PS-Motoren enthalten, und so können sie fast jedes straßenzugelassene Auto überholen. Aus diesem Grund kann sogar ein Honda CM450 einen Porsche 912 überholen.

Die Höchstgeschwindigkeit wird durch das Verhältnis von Leistung zu Luftwiderstand bestimmt. Der dominierende Begriff in der Luftwiderstandssumme ist projizierte Frontfläche, die für ein Fahrrad klein und für Autos groß ist, weshalb die Superbike-Klasse der Sportbikes (150 PS+) mit 150 PS fast 150 MPH erreichen kann.

Das Leistungsgewicht ist ein Faktor, aber ein weiterer Schlüsselfaktor für 0 bis 60 mph eines Motorrads im Vergleich zu einem Auto mit Front- oder Hinterradantrieb ist der relativ hohe Schwerpunkt des Motorrads, der bedeutet, dass mehr Gewicht auf den Hinterreifen oder auf den gesamten Reifen übertragen wird das Gewicht im Fall eines Wheelies, was wiederum eine höhere relative Reibung am angetriebenen Rad ermöglicht, was bei Motorrädern der höheren Preisklasse typischerweise zu einer Beschleunigung von über 1 g führt.

Bei einigen Allrad-Hybridautos wie dem Tesla Model S P100D mit einer startgesteuerten Beschleunigung von 0 auf 60 mph in 2,5 Sekunden hat sich die Situation möglicherweise geändert, vorausgesetzt, es ist genügend Traktion vorhanden (wahrscheinlich wird eine Drag-Racing-Strecke mit VHT benötigt). Der Ferrari LaFerari braucht 2,4 Sekunden und der Porsche 918 Spyder 2,2 Sekunden. Dies entspricht oder übertrifft die schnellsten Motorräder mit den besten Fahrern, die sich über den Tank beugen, um den Wheelie-Faktor zu reduzieren. Einige Fahrradtests werden mit festgeschnalltem Vorderrad und auf maximale Steifigkeit und Höhe eingestellten hinteren Stoßdämpfern durchgeführt oder in Position arretiert.

In einer Straßensituation scheint es unwahrscheinlich, dass es selbst bei gleichmäßigem Drehmoment, das von den Elektromotoren auf alle 4 Räder ausgeübt wird, einfach nicht genug Traktion gibt, damit die Autos unter 3 Sekunden 0 bis 60 Meilen pro Stunde erreichen.

Sobald jedoch 60 mph oder eher 80 mph überschritten sind, beschleunigt das Fahrrad aufgrund des Leistungsgewichts stärker als fast alle Autos, da dies bei den High-End-Motorrädern der 1. Gang ist.

Was die Motorräder betrifft, so haben die High-End-Motorräder jetzt etwa 200 PS (Ducati V4R hat 230 PS mit optionalem Auspuff), aber aufgrund des Wheelie-Faktors haben sich die Zeiten von 0 auf 60 Meilen pro Stunde nicht wesentlich verbessert und bleiben bei etwa 2,5 bis 2,6 Sekunden hängen. Zum Beispiel entspricht der 175 PS starke Suzuki Hayabusa der ersten Generation der Zeit von 0 bis 60 Meilen pro Stunde des aktuellen ZX-14R mit 200 PS, der 40 Pfund schwerer ist und möglicherweise einen weiter hinten und/oder höher liegenden Schwerpunkt hat. Die ZX-14R ist etwa 0,25 Sekunden schneller als die Busa bei einem 1/4-Meilen-Lauf (9,5 gegenüber 9,75 bei einem Profifahrer auf einer guten Strecke).

Das wichtigste zuerst. Wenn Sie zwei identische Fahrzeuge haben, mit Ausnahme der Masse, dann ja, Sie können F=ma und KE = 1/2 mv^2 berechnen und Sie werden sehen, dass diese beiden Gleichungen miteinander verknüpft sind. Und wenn Sie die Reibung ignorieren, würden sie Ihnen dasselbe sagen. (aber Sie brauchen vielleicht ein wenig Kalkül ), also sind (a) und (b) in Ihrer Frage gleich, nur unterschiedlich gemessen.

Aber Fahrräder haben nicht identische Motoren, wie Sie sagen, und der Widerstand und die Traktion sind alle sehr, sehr unterschiedlich. Aber im Allgemeinen ist es nicht so, dass Motorräder magische Motoren haben. Selbst ein ziemlich langweiliges Motorrad hat den Hauptvorteil der fehlenden Masse (wie Sie sagen) und das ist der Kern ihres Vorteils beim Beschleunigen aus dem Stand - obwohl sie nur durch ein Rad begrenzt sind.