Ускорение при трогании с места можно объяснить сочетанием поступательной динамики (сумма сил) и вращательной динамики (моменты инерции), а также перераспределением нормальных реакций колес. Кратко — двигатель даёт крутящий момент, через трансмиссию он превращается в тяговую силу на ободе колеса; часть работы уходит в придание поступательной кинетической энергии кузову, часть — в вращательную энергию колёс и деталей трансмиссии, а доступная сила ограничена сцеплением и перераспределением веса.
Ключевые уравнения и понятия:
1) Поступательное движение (2-й закон Ньютона):
$$F_{trac}-F_{res}=ma,$$ где $F_{trac}$ — тяговая сила на дороге, $F_{res}$ — суммарные сопротивления (катание, аэродинамика, уклон), $m$ — масса автомобиля, $a$ — ускорение.
2) Связь тяговой силы с крутящим моментом на колесе:
$$F_{trac}=\frac{{\tau }_w}{r_w},$$ где ${\tau }_w$ — крутящий момент на колесе, $r_w$ — радиус колеса. Тормозящий/сопротивляющий момент у колеса равен $r_w{F}_{trac}$.
3) Передача момента от двигателя через редуктор/сцепление:
$${\tau }_w={\tau }_{e}i\eta ,$$ где ${\tau }_e$ — момент двигателя, $i$ — суммарный передаточный коэффициент (включая понижающие передачи), $\eta$ — КПД трансмиссии.
4) Учет вращательных инерций как эквивалентной массы. Вращающиеся части (колёса, маховик, валы, шестерни) потребляют часть энергии; их инерции можно «отразить» на поступательную массу:
$$m_{eq}=m+\sum _j\frac{I_j{i}_j^2}{r_w^2},$$ где $I_j$ — момент инерции j‑той детали, $i_j$ — её передаточное отношение к ободу колеса. Тогда уравнение для ускорения упрощается:
$$a=\frac{F_{trac}-F_{res}}{m_{eq}}=\frac{\frac{{\tau }_{e}i\eta }{r_w}-F_{res}}{m+{\sum }_j\frac{I_j{i}_j^2}{r_w^2}}.$$ Из этого видно, что большая вращательная инерция (маховик, тяжёлые колёса, тяжёлая трансмиссия) уменьшает ускорение, потому что часть момента идёт на разгон вращений.
5) Ограничение сцеплением и перераспределение веса. Максимальная тяговая сила ограничена трением:
$$F_{trac,max}=\mu N_{drive},$$ где $\mu$ — коэффициент сцепления, $N_{drive}$ — нормальная реакция на ведущих осях. При разгоне происходит перераспределение веса (передача нагрузки на задние/передние колёса):
$$\Delta N=\frac{mah}{l},$$ где $h$ — высота центра масс, $l$ — база. Рост $N_{drive}$ может увеличить $F_{trac,max}$, но при слишком большом моменте появляется пробуксовка.
6) Энергетный взгляд: двигатель выдаёт мощность, она идёт на увеличение кинетической энергии:
$$\frac{1}{2}m{v}^2+\sum _j\frac{1}{2}{I}_j{\omega }_j^2+\text{потери}.$$ Чем больше доля у вращающихся $I_j$, тем больше энергии уходит в них, а не в линейное ускорение.
Итог: ускорение при трогании определяется доступным крутящим моментом двигателя и передаточным числом, ограничено сцеплением и сопротивлениями, и уменьшается из‑за эквивалентной добавочной массы, создаваемой вращательными инерциями ($\sum I_j{i}_j^2/r_w^2$). Для улучшения разгона полезны: большая тяга на малых передачах, уменьшение вращательных инерций (лёгкие диски, маховик), хорошее распределение веса и высокий коэффициент сцепления.