出租車LED頂燈廣告箱所致的損耗

摘 要：采用簡(jiǎn)單模型，使用低速物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受空氣阻力的計(jì)算公式，計(jì)算了一種車載LED屏頂燈廣告箱在汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)，因用電和空氣阻力所致?lián)p耗。

關(guān)鍵詞：車載頂燈；空氣阻力；損耗功率

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，出租車廣告作為一種新興媒體越來(lái)越被大多數(shù)人所重視。人天生就具有對(duì)新事物的好奇心，新媒體總是能夠吸引更多的消費(fèi)者的注意力，所以無(wú)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(chǎn)品，出租車廣告作為一個(gè)全新的媒體，引起了整個(gè)市場(chǎng)的極大關(guān)注。LED屏出租車頂燈廣告是將戶外廣告和出租車頂燈結(jié)合的一種廣告媒體。它有出租車頂燈的實(shí)用性（出租標(biāo)志），又有戶外燈箱廣告作為廣告媒體的載體性。它具有移動(dòng)性、數(shù)量多、高亮度、新穎性的媒體特點(diǎn)，有規(guī)范標(biāo)志、防盜、美化市容的功能。

LED屏出租車頂燈廣告給整個(gè)市場(chǎng)帶來(lái)了如此多的優(yōu)勢(shì)，而車載頂燈廣告箱引起的損耗多大？本文對(duì)這個(gè)問題做一個(gè)探討，希望能給廣告商一個(gè)有益的參考，也給廣大的出租車司機(jī)一個(gè)保護(hù)合法權(quán)益的科學(xué)證據(jù)。

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(lái)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(lái)發(fā)光的，而電源又是通過消耗汽車天然氣（或汽油）來(lái)產(chǎn)生，知道了電子顯示屏的功率，很容易計(jì)算出其引起的損耗；出租車在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，LED屏頂燈廣告箱要受到空氣阻力，使汽車所受阻力增大，進(jìn)而也增大了耗氣（油）量。

2 空氣阻力所致?lián)p耗功率大小的因素

物體在空氣中要想前進(jìn)必須依靠持續(xù)輸出的強(qiáng)大動(dòng)力，才能突破源源不斷的阻力。這個(gè)阻力的專業(yè)名詞叫做“風(fēng)阻”。風(fēng)阻的大小除了與物體本身大小、形狀有關(guān)外，還與物體運(yùn)動(dòng)的速度有密切關(guān)系。當(dāng)速度很小時(shí)，空氣阻力可以忽略；當(dāng)速度較大時(shí)，空氣阻力與運(yùn)動(dòng)速度成正比，即f=kv；而物體的運(yùn)動(dòng)速度可以與空氣分子速度接近或大于空氣分子速度時(shí)，空氣阻力與運(yùn)動(dòng)速度的二次方成正比，即f=kv2。比例系數(shù)叫做風(fēng)阻系數(shù)，風(fēng)阻系數(shù)決定于運(yùn)動(dòng)物體的形狀、表面結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)引起的摩擦和渦流等因素，一般要通過實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。

如果物體運(yùn)動(dòng)速度較大，風(fēng)阻引起的損耗功率為：P=kv2；如果物體運(yùn)動(dòng)速度很大，風(fēng)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(fēng)阻系數(shù)越小，被空氣阻力消耗掉的功率就越少。對(duì)于機(jī)動(dòng)車，風(fēng)阻系數(shù)越大，損耗功率就越高。本來(lái)不大的速度，但是經(jīng)過二次方或三次方以后將變成一個(gè)很大的數(shù)據(jù)。因此，風(fēng)阻系數(shù)的變化，會(huì)對(duì)油耗產(chǎn)生很大的影響。

汽車風(fēng)阻系數(shù)的測(cè)量要使用專門的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。但是，日常生活中我們的車速往往在50-120km/h之間，其運(yùn)動(dòng)速率遠(yuǎn)低于空氣分子的平均速率。這時(shí)我們可以使用碰撞模型，采用一種簡(jiǎn)易的方法，推導(dǎo)出空氣阻力系數(shù)大小的表達(dá)式[1]：

k=4nmSu/3

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

物體運(yùn)動(dòng)速度為v，空氣阻力則為：

F=4nmSuv/3

因阻力導(dǎo)致?lián)p耗功率則為：

P=4nmSuv2/3

這樣，如果知道了物體在空氣中的運(yùn)動(dòng)速度，我們就可以直接估算出空氣阻力，進(jìn)而計(jì)算出空氣阻力所致?lián)p耗的大小。

3 一種出租車頂燈廣告箱所致?lián)p耗的計(jì)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(jìn)行了調(diào)查和計(jì)算。

測(cè)量得LED屏出租車頂燈廣告箱箱體迎風(fēng)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(shí)的速度和時(shí)間是不同的，通過問卷調(diào)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(zhì)量為4.78×10-26kg。當(dāng)?shù)睾０?3km，求得空氣分子數(shù)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?lián)p耗功率為耗電功率和風(fēng)阻損耗功率之和：

P=P電+P風(fēng)

容易算出一個(gè)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(dá)1×105kw?？此埔粋€(gè)不起眼的廣告箱，盡然會(huì)造成如此巨大的浪費(fèi)，應(yīng)該引起我們的注意。

3.2 出租車司機(jī)因車載廣告箱的損失

抽樣調(diào)查得到西寧市出租車每天行駛的平均時(shí)間約為15小時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下天然氣的燃燒熱值為[3]：35～48MJ/m3，我們?nèi)≈虚g值40MJ/m3，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)為101KPa，國(guó)家規(guī)定天然氣加氣站中的壓強(qiáng)為18～20MPa。容易計(jì)算得到每輛出租車每天因?yàn)閺V告牌而損耗0.1236m3的天然氣。

對(duì)于司機(jī)，經(jīng)濟(jì)損失不太大，但是司機(jī)有權(quán)利知道車頂?shù)膹V告是有損耗的。

4 結(jié)束語(yǔ)

由以上計(jì)算可知，出租車車載LED屏頂燈廣告箱所致?lián)p耗是不可忽略的，應(yīng)該設(shè)法減少這種無(wú)謂的社會(huì)財(cái)富的浪費(fèi)。由風(fēng)阻系數(shù)表達(dá)式可以看出，在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)要注意減少?gòu)V告箱的迎風(fēng)面的橫截面積。比如可以設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀的，或豎向安裝等，當(dāng)然還可以有許多其它新穎的方法。

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作者簡(jiǎn)介：馬麗霞（1990，3-），女，回族，青海民和人，青海民族大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院，2009級(jí)本科生。