出租車LED頂燈廣告箱所致的損耗

摘 要：采用簡單模型，使用低速物體在空氣中運動時所受空氣阻力的計算公式，計算了一種車載LED屏頂燈廣告箱在汽車運動時，因用電和空氣阻力所致損耗。

關鍵詞：車載頂燈；空氣阻力；損耗功率

引言

隨著社會的發(fā)展，出租車廣告作為一種新興媒體越來越被大多數人所重視。人天生就具有對新事物的好奇心，新媒體總是能夠吸引更多的消費者的注意力，所以無論是企業(yè)還是商家都在尋找新的媒體，新的方式推銷自己的產品，出租車廣告作為一個全新的媒體，引起了整個市場的極大關注。LED屏出租車頂燈廣告是將戶外廣告和出租車頂燈結合的一種廣告媒體。它有出租車頂燈的實用性（出租標志），又有戶外燈箱廣告作為廣告媒體的載體性。它具有移動性、數量多、高亮度、新穎性的媒體特點，有規(guī)范標志、防盜、美化市容的功能。

LED屏出租車頂燈廣告給整個市場帶來了如此多的優(yōu)勢，而車載頂燈廣告箱引起的損耗多大？本文對這個問題做一個探討，希望能給廣告商一個有益的參考，也給廣大的出租車司機一個保護合法權益的科學證據。

1 車載廣告箱損耗的主要原因

LED屏出租車頂燈廣告箱所致的損耗，除制作成本外，主要來自空氣阻力損耗和電力損耗。超高亮LED電子顯示屏是通過電源來發(fā)光的，而電源又是通過消耗汽車天然氣（或汽油）來產生，知道了電子顯示屏的功率，很容易計算出其引起的損耗；出租車在空氣中運動時，LED屏頂燈廣告箱要受到空氣阻力，使汽車所受阻力增大，進而也增大了耗氣（油）量。

2 空氣阻力所致損耗功率大小的因素

物體在空氣中要想前進必須依靠持續(xù)輸出的強大動力，才能突破源源不斷的阻力。這個阻力的專業(yè)名詞叫做“風阻”。風阻的大小除了與物體本身大小、形狀有關外，還與物體運動的速度有密切關系。當速度很小時，空氣阻力可以忽略；當速度較大時，空氣阻力與運動速度成正比，即f=kv；而物體的運動速度可以與空氣分子速度接近或大于空氣分子速度時，空氣阻力與運動速度的二次方成正比，即f=kv2。比例系數叫做風阻系數，風阻系數決定于運動物體的形狀、表面結構以及運動引起的摩擦和渦流等因素，一般要通過實驗來測定。

如果物體運動速度較大，風阻引起的損耗功率為：P=kv2；如果物體運動速度很大，風阻引起的損耗功率為：P=kv3。這意味著假定其他條件不變，在同等速度下，風阻系數越小，被空氣阻力消耗掉的功率就越少。對于機動車，風阻系數越大，損耗功率就越高。本來不大的速度，但是經過二次方或三次方以后將變成一個很大的數據。因此，風阻系數的變化，會對油耗產生很大的影響。

汽車風阻系數的測量要使用專門的實驗設備。但是，日常生活中我們的車速往往在50-120km/h之間，其運動速率遠低于空氣分子的平均速率。這時我們可以使用碰撞模型，采用一種簡易的方法，推導出空氣阻力系數大小的表達式[1]：

k=4nmSu/3

式中：n-氣體分子數密度（m-3）；m-為單個氣體分子的質量（kg）；S-物體的迎風橫截面面積（m2）；u-為空氣分子的平均速率（m/s）

物體運動速度為v，空氣阻力則為：

F=4nmSuv/3

因阻力導致損耗功率則為：

P=4nmSuv2/3

這樣，如果知道了物體在空氣中的運動速度，我們就可以直接估算出空氣阻力，進而計算出空氣阻力所致損耗的大小。

3 一種出租車頂燈廣告箱所致損耗的計算

3.1 損耗功率

我們觀察到西寧市及臨近一些城鎮(zhèn)，出租車所載頂燈廣告箱的形狀和尺寸是相同的，進行了調查和計算。

測量得LED屏出租車頂燈廣告箱箱體迎風截面尺寸如圖1所示。

查得其發(fā)光功率為30w。出租車在公路上行駛時的速度和時間是不同的，通過問卷調查知出租車的平均速度為60km/h，出租車廣告牌的面積為0.1476m2，空氣分子等效質量為4.78×10-26kg。當地海拔23km，求得空氣分子數密度為[2]1.89×1025m-3。取空氣分子的平均速率為[1]：370m/s。

LED屏出租車頂燈廣告箱所致損耗功率為耗電功率和風阻損耗功率之和：

P=P電+P風

容易算出一個車載廣告箱損耗功率為18.31kw，西寧市目前大約有5500輛出租車都載有廣告箱，其造成的損耗功率約達1×105kw?？此埔粋€不起眼的廣告箱，盡然會造成如此巨大的浪費，應該引起我們的注意。

3.2 出租車司機因車載廣告箱的損失

抽樣調查得到西寧市出租車每天行駛的平均時間約為15小時，在標準狀況下天然氣的燃燒熱值為[3]：35～48MJ/m3，我們取中間值40MJ/m3，標準大氣壓強為101KPa，國家規(guī)定天然氣加氣站中的壓強為18～20MPa。容易計算得到每輛出租車每天因為廣告牌而損耗0.1236m3的天然氣。

對于司機，經濟損失不太大，但是司機有權利知道車頂的廣告是有損耗的。

4 結束語

由以上計算可知，出租車車載LED屏頂燈廣告箱所致損耗是不可忽略的，應該設法減少這種無謂的社會財富的浪費。由風阻系數表達式可以看出，在設計和安裝時要注意減少廣告箱的迎風面的橫截面積。比如可以設計成網狀的，或豎向安裝等，當然還可以有許多其它新穎的方法。

參考文獻

[1]秦允豪.普通物理教程-熱學[M]..北京：高等教育出版社.2011：87.

[2]毛興宇.碰撞模型下運動物體所受空氣阻力的教學[J].工科物理.1990. 6 （9）：48-49.

[3]劉見，張文彪等.測量氣體分子平均速率的一種簡易方法[J].大學物理，2011.3（30）：41-43.

[4]林在犁.車用天然氣燃燒特性分析[J].內燃機，2002.1：40-42.

作者簡介：馬麗霞（1990，3-），女，回族，青海民和人，青海民族大學物理與電子信息工程學院，2009級本科生。