Tracțiune anvelope late vs. anvelope înguste

[enicky]

...... Cu alte cuvinte poti sa ii pui roti inguste de bicicleta si va frana la fel. Singurul plus la franare pe care rotile mai late il pot aduce este ca pot fi mai grele si implicit forta normala creste, dar valoarea cu care creste este atat de mica incat nu va fi sesizabila. In rest conteaza coeficientul de frecare al anvelopei si al soselei pe care rulezi.

             Mitul asta e chiar realitate ! sarim peste calcule, formule etc., si vin cu intrebarea : la multe masini roata de rezerva este tipul subtire(aprox.50% din cea de pe masina), si esti sfatuit sa mergi cu vit. max.80km/h, si doar pana la cel mai apropiat service(vulcanizare), unde s-o repari pe cea originala si s-o montezi la loc. De ce nu ai pe masina roti subtiri ca cea de rezerva, si de ce sa mergi mai incet ?
          Tu cand mergi pe varfuri esti mai stabil decat daca calci cu toata talpa piciorului?
         Sau de ce patinele nu sunt late de 10-20mm?
  Si ceva formule am gasit aici : http://www.autovehicule-rutiere.ro/wp-content/uploads/cursuri/dinamica_autovehiculelor/Dinamica-autovehiculelor-Cap-2.pdf

[hugbear]

Sau de ce patinele nu sunt late de 10-20mm?

Schiurile au nevoie să fie trase de tractor ca să alunece?

[enicky]

Schiurile au nevoie să fie trase de tractor ca să alunece?

             Ori n-ai inteles, ori te faci ca n-ai inteles : nu mai caut patinele lui fii-mea sa le masor, dar pe o latime de 20mm nu poti prinde aceeasi viteza ca pe 5-6mm,  de ce ? din cauza frecarii mai mari(pe 20mm). Acelasi lucru se-ntampla si la cauciucuri. Altfel am vedea camioane cu anvelope de suv. Ma rog, asta e parerea mea personala, adevarul ar putea fi altul, cine stie! Producatorii stiu cel mai bine.

[hugbear]

Scuză-mă, dar greșești. La aceeași masă a patinatorului, forța de frecare este exact aceeași (respectiv greutatea patinatorului x coeficientul de frecare), indiferent de lățimea patinei. Dimensiunile actuale practice sunt dictate de ALTE consderente (forța de frecare este concentrată, facilitând topirea punctuală a gheții pentru a transforma pelicula de apă rezultată în agent de lubrifiere).

[smadalin]

Enicky, patinele sunt inguste ca sa taie gheata cu cantul si sa poti lua un viraj. Daca faci o patina mai lata din acelasi material patinezi la fel din punt de vedere al alunacarii doar ca nu vei mai taia gheata.

Citesc argumentele si nu am gasit ceva care sa demonstreze o relatie intre forta de franare si latimea cauciucului. Pana voi gasi raman la ceea ce am sustinut atat eu cat si hugbear: franarea tine de natura materialului nu de marimea suprafetei de contact.

Inca ceva, un corp de forma unui paralelipiped dreptunghic (cutie de chibrituri) pe un plan inclinat are forta de frecare constanta indiferent pe ce latura o asezi.

[enicky]

   Aha, am inteles ! deci daca 60 de kg se deplaseaza pe o suprafata de 6mm exercita aceeasi frecare daca s-ar deplasa pe o supr. de 20mm !( Din acelasi motiv cred eu, femeile lasa urme de tocuri in asfalt si barbatii nu!)
   Da nu m-ai lamurit cu roata de rezerva subtire.....de ce nu pun d-astea pe masini, ca rezista, nu?  si-ar costa si mai putin ! Eu asa zic smadalin, puneti-va bre cauciucuri d-alea subtiri ca sunt mult mai ieftine, si franeaza la fel.
   Las' ca stiu ei producatorii, noi fiind duminica ar trebui sa  !

[hugbear]

@smadalin: Ok, teoretic e corect. Practic, este foarte adevărat că în viața reală:
1. La „tracțiune” contribuie, pe lângă forța de frecare, și forța de adeziune a cauciucului la asfalt
2. Valoarea acestei forțe de adeziune este dependentă de aria suprafeței de contact (este deja clasic exemplul diferenței dintre forțele de dezlipire pentru două benzi de scotch, una îngustă și una lată).
3. Aria suprafeței de contact nu variază liniar cu încărcarea/presiunea/lățimea anvelopei (datorită particularităților constructive ale anvelopei).

@NicNic Nu contest existența acestor fenomene. Ceea ce contest eu (pur intuitiv, fără argumente empirice, pentru că nu le-am găsit) este faptul că aceste două fenomene au o relevanță suficient de semnificativă în bilanțul total al forțelor, relevanță care să justifice investiția prin prisma raportului cost/beneficii. Dacă ar exista un câștig mai mare de, să zicem, 1%, sunt sigur că producătorii s-ar da peste cap să facă publice teste care să evidențieze această diferență - astfel justificând investiția în gume late.

@enicky Confunzi forța cu presiunea. O doamnă de 60 kg apasă asupra asfaltului cu aceeași forță (aprox. 588,4N), indiferent dacă are tocuri sau clăpari. Ceea ce diferă este PRESIUNEA (distribuirea acelei forțe pe unitatea de suprafață).
Roțile înguste au un dezavantaj: stabilitate laterală scăzută (de-asta gogoșile de rezervă sunt limitate, pentru că în viraj forța centrifugă ce tinde să smulgă guma de pe jantă este proporțională cu accelerația centripetă, deci e proporțională cu pătratul vitezei liniare). Dar asta n-are treabă cu tracțiunea.

L.E. Am modificat postarea în sensul precizării că instabilitatea laterală se manifesră în viraj.

[NicNic]

@hugbear: nu inteleg foarte bine la ce fenomene te referi.

Discutand despre forta de aderenta, aceasta este definita ca valoarea maxima a reactiunii tangentiale.
Aceasta forta maxima se manifesta la limita, cand apare patinarea.
Raportul dintre forta de aderenta si incarcarea normala pe roata se numeste coeficient de aderenta.
La patinare, se numeste coeficent de aderenta la alunecare.
El este subunitar si nu este tot una cu un coeficient de frecare, fiind mai  mic decat acesta.
Dezvoltand calculele teoretice, se pooate demosntra ca valoarea coeficientului de aderenta la alunecare este dependent de latimea petei de contact.
Implicit si de latimea pneului.
Din acest motiv, la folosirea unor pneuri mai late poti obtine forte de aderenta mai mari (pastrand celelate caracteristici ale pneului : diametru, material, geometria caii de rulare. presiunea in pneu, etc.).

In practica avem exemple destule:
- Masinile de formula 1 au pneuri mai late decat masinile de strada. Oare de ce?
- La tractoare pneurile sunt mult mai late, cu toate ca au motoare de puteri relativ egale cu unele turisme. Dar din cauza fortei de tractiune mult mai mari, au nevoie si de pneuri care sa le asigure o aderenta suficienta pentru a utiliza resursa de tractiune disponibila.
- Masinile de serie cu motorizari mai puternice au anvelope mai late. Chiar si daca ne referim la acelasi model/marca, dar motorizari diferite ca putere.

[lucianer]

Eu doar intreb: nu este normal ca pe poarta fabricii, masina sa iasa cu anvelope la o dimensiune optima???

[hugbear]

TL;DR: până când nu vor apărea CIFRE care să descrie CANTITATIV diferența de performanță dintre o gumă lată și una similară mai îngustă, pentru mine teoria asta merge în aceeași cutie cu bullshit în care stau anvelopele pline cu azot.

@hugbear: nu inteleg foarte bine la ce fenomene te referi.

La fenomenele enumerate de mine lui smadalin, imediat deasupra (1, 2 și 3).

- Masinile de formula 1 au pneuri mai late decat masinile de strada. Oare de ce?

Pentru că
- integritate la solicitări laterale
- similar patinei de ghiață, dacă pneul ar fi îngust forța s-ar concentra într-un volum redus și asta ar topi pneul

- La tractoare pneurile sunt mult mai late, cu toate ca au motoare de puteri relativ egale cu unele turisme. Dar din cauza fortei de tractiune mult mai mari, au nevoie si de pneuri care sa le asigure o aderenta suficienta pentru a utiliza resursa de tractiune disponibila.

Roțile de tractor sunt late pentru asigurarea flotabilității. Tracțiunea se asigură prin angrenarea mecanică a „carosabilului” (arătură, nisip, noroi).

- Masinile de serie cu motorizari mai puternice au anvelope mai late. Chiar si daca ne referim la acelasi model/marca, dar motorizari diferite ca putere.

'Cause it looks sooooooo cool, man!...


Frecarea apare în principal din două fenomene:
- histerezisul în masa cauciucului (frecarea „coulombiană”, la care NU CONTEAZĂ aria suprafeței de contact și pentru care forța tangențială este proporțională cu normala, după o constantă dată de coeficientul de frecare - static sau dinamic, după caz; pe noi ne interesează aspectul static, deoarece analizăm situația dinaintea apariției alunecării)
- adeziunea dintre cauciuc și asfalt, la care aria de contact CONTEAZĂ.

La rularea cauciucului pe asfalt, în practică PONDEREA forței de adeziune în bilanțul de forțe care opresc roata să alunece este neglijabil:

Rubber friction on smooth substrates, e.g., a smooth glass surface, has two contributions, namely an adhesive (surface) and a hysteresis (bulk) contribution[6, 10].
The adhesive contribution results from the attractive binding forces between the rubber surface and the substrate. These interactions are often dominated by weak van der Waals forces. However, because of the low elastic moduli of rubber-like materials, even when the applied squeezing force is very gentle this weak attraction may result in a nearly complete contact between the solids at the interface [11, 12], resulting in the large sliding friction force usually observed even for very smooth surfaces[13].
The hysteresis contribution results instead from the substrate roughness (even highly polished surfaces have surface roughness, at least on the nanometer scale).
For very rough surfaces the adhesive contribution to rubber friction will be much smaller than for smooth surfaces, mainly because of the small contact area. For a tire in contact with a road surface, for example, the actual contact area between the tire and the substrate is typically only 1% of the nominal footprint contact area[7, 8].  We have shown recently that the observed friction when a tire is sliding on a dry road surface can be calculated accurately by assuming it to be due entirely to internal damping in the rubber (the hysteresis contribution)[7, 9].

Valoarea coeficientului de aderenta depinde de mai multi factori: tipul anvelopelor si presiunea interioara, incarcarea rotilor, natura si starea caii de rulare, viteza de deplasare a autovehiculului. Coeficientul de aderenta tinde sa se identifice cu coeficientul de frecare cand carosabilul este din beton, asfalt, beton asfaltic, deoarece frecarea dintre pneu si cale in acest caz, reprezinta aproape in exclusivitate cauza aderentei.

Deci forța totală reprezintă SUMA dintre forța de frecare coulombică (independentă de suprafață) și cea de adeziune, dependentă de arie.

Să comparăm valorile forțelor tangențiale necesare trecerii de la regimul cvasistatic (rularea normală) la regimul dinamic (alunecare) pentru două gume diferite: 195/60R16 la 2,4 bari (standardul la SX4) și 215/60R16 la 2,4 bari (anvelopa „lată”). Deși teoretic diferența dintre ARIILE suprafețelor de contact este nulă, practic ea există (datorită particularităților constructive ale anvelopei și datorită comportamentului dinamic). Diferența dintre cele două forțe-limită nu vine din componenta dată de histerezis (ce nu depinde de arie) ci din componenta dată de adeziune.Deci este importantă VALOAREA acestei diferențe, pentru a fi luată în calcul ca FACTOR al forței de adeziune. Care e valoarea acestei diferențe? Cât de semnificativă este ea (0,1%? 2%? 15%? 50%? 80%)? Cu cât trebuie SCĂZUTĂ presiunea în guma lată pentru a atinge o diferență de suprafață semnificativă? Cum influențează această scădere a presiunii siguranța pneului, rata de „erodare” a sa și consumul de combustibil?

Ft = Fc + Fa

Ft1 = uc*N + ua*A1*N
Ft2 = uc*N + ua*A2*N

Ft2-Ft1 = ua*(A2-A1)*N
                 ^     ^
                 |     |
                 |     ------ mic
                 ----------- neglijabil

(cu alte cuvinte, câștigul de performanță obținut este proporțional cu produsul dintre un factor neglijabil și o diferență infimă între două valori apropiate de 1%)