¿Es necesario que un neumático se deslice para generar fuerza?

Question

Recientemente, he estado investigando sobre las carreras y el modelado de neumáticos. Mientras lo hacía, me encontré con muchas curvas como las que se muestran a continuación.
_{(fuente: <a href="http://www.insideracingtechnology.com/Resources/bhvrdrvbrkslip.gif" rel="nofollow noreferrer">insideracingtechnology.com </a>)}

Aunque entiendo la necesidad de los ángulos de deslizamiento para generar fuerzas laterales (las perpendiculares a la dirección del movimiento), la necesidad de tener deslizamiento en la dirección del movimiento para producir fuerza longitudinal me tiene confundido.

Después de todo, ¿un neumático sin deslizamiento (es decir, con una tracción perfecta) no podría producir fuerzas de avance de forma mucho más eficiente que uno que no utilizara todo ese potencial?

Entonces, ¿alguien tiene una explicación para este fenómeno?

Answer 1

La razón por la que se produce un deslizamiento incluso con las fuerzas más pequeñas no se debe al hecho de que el neumático resbale contra el suelo, sino a que el neumático es elástico. No hay forma de eliminar completamente el deslizamiento con un neumático elástico. Veamos por qué es así.

Para medir el deslizamiento, coloquemos veinte pequeñas manchas verdes de troquel espaciadas uniformemente en la circunferencia del neumático, como se muestra en la siguiente figura: Ahora bien, si este neumático se hace rodar por el suelo sin ninguna fuerza tangencial entre el neumático y el suelo, esperamos que el patrón que quede en el suelo sea el siguiente:

donde el espacio entre las marcas en el suelo es el mismo que el espacio de las marcas a lo largo de la circunferencia del neumático. Ahora sabemos que, como hay veinte manchas a lo largo de la circunferencia del neumático, la distancia que separa las veinte (bueno, veintiuna, técnicamente) manchas en el suelo corresponde a la distancia que el coche recorrió en una revolución del neumático. Como la distancia de las manchas en el suelo es igual a la distancia a lo largo de la circunferencia del neumático, vemos que la distancia que recorre el coche en una revolución del neumático es efectivamente una circunferencia de la rueda. Por lo tanto, no hay deslizamiento cuando no hay fuerza tangencial entre los neumáticos y el suelo.

Ahora imagina que hay una fuerza tangencial entre el neumático y el suelo (como ocurrirá inevitablemente debido a la resistencia del aire). ¿Qué ocurre con los neumáticos? Pues que la carretera ejerce una fuerza sobre el neumático. Esto hará que el neumático se deforme y la parte inferior del neumático se arrugue en la dirección de la fuerza. Esto se muestra (exagerado) en la siguiente figura:

A medida que la rueda rueda hacia delante (hacia la derecha), las partes estrujadas dejarán su huella en el suelo. Esto significa que nuestras pequeñas manchas verdes en este caso están dos veces más juntas, como se muestra a continuación: Cuando el neumático da una vuelta completa, debe dejar veinte manchas en el suelo. Por otro lado, estas manchas tienen sólo la mitad de la separación que tenían antes. Así, el coche sólo avanza la mitad de una circunferencia de neumático cuando las ruedas giran una vez. Por lo tanto, concluimos que la rueda ha resbalado.

Dado que siempre habrá algún estrujamiento dada una fuerza tangente no nula, siempre se obtendrá un deslizamiento para una fuerza tangente no nula.

Ahora, para relaciones de deslizamiento lo suficientemente altas, la rueda realmente se deslizará por el pavimento, pero hasta llegar a este punto, la fricción estática sigue en juego, por lo que el coche está acelerando por la fricción estática.

Answer 2

Ambos gráficos tienen 0% de fuerza con 0% de deslizamiento. Eso implica que no se está aplicando ninguna fuerza al neumático.

A medida que se aumenta la fuerza aplicada hasta cierto punto, el aumento del deslizamiento sigue siendo casi lineal porque el coeficiente de fricción se mantiene casi constante. Por tanto, la fuerza efectiva también aumenta de forma casi lineal.

A partir de ese momento, el coeficiente de fricción se reduce a medida que aumenta la fuerza aplicada. Por lo tanto, la tracción disminuye más rápido de lo que aumenta la fuerza aplicada y la fuerza efectiva realmente disminuye.

Ni idea de si eso ayuda o es correcto, pero así es como estoy leyendo los gráficos.