Esta pregunta es de la cruz-publicado desde Bicicletas.SE, pero es realmente para los que saben un poco acerca de la física.
¿Por qué la rueda trasera de una bicicleta se desgastan más rápido que la rueda delantera?
Tengo mi incultos sospechas, pero agradecería un educada respuesta.
En la mayoría de bicicletas, su centro de gravedad no es a mitad de camino entre la parte delantera y trasera de la rueda - está más cerca de la rueda trasera (fuente de la imagen: http://www.esquire.com/cm/esquire/images/d1/bike-080210-lg.jpg).
Esto significa que la rueda trasera lleva más de peso. Ahora suponiendo que inflar los neumáticos con la misma presión, esto significa que el área de contacto (área de tocar el suelo al mismo tiempo) de la rueda trasera es más grande porque para soportar un peso $W$ con un neumático con presión $P$ necesitas área de $A = \frac{W}{P}$.
Ahora, cuando se considere la posibilidad de un neumático de un cilindro, entonces el "plano de bits" que representa el área de contacto es la cuerda de un círculo - y si se va a seguir un punto en la superficie de la llanta desde el momento en que toca el suelo hasta el momento en que se libera, usted verá que se tiene que deslizar primero hacia adelante, luego hacia atrás. Como el punto plano se hace más grande, este deslizamiento empeora rápidamente - va aproximadamente como el cuadrado de la longitud de la cuerda.
Esto significa que un neumático con más peso sobre él, pero inflados a la misma presión, tendrá más desgaste.
A continuación, tenemos el hecho de que se aplica la potencia de pedaleo a través de la rueda trasera - obviamente, esto va a agregar algunos más fricción. Creo que el frenado representa una fracción relativamente pequeña de las fuerzas que actúan sobre el neumático (a menos que usted está en el ciclismo de montaña, tal vez), - e, incluso, el neumático que más se recurre es probable que llevan la mayoría de la fricción (a pesar de los cambios de peso durante el frenado, y los que tienden incluso a las cosas).
A menos que el ciclista se inclina hacia adelante en la mayor parte del peso está en la parte posterior de los neumáticos. Por lo tanto, tiene más contacto con la carretera y cuando se enciende no hay más fuerza lateral en la parte posterior. Hacer más de frenado con la parte de atrás para no ir de cabeza. Y por último está aplicando toda su fuerza hacia adelante de manera que contribuye a una mayor desgaste.
Sin duda mi experiencia con la bicicleta ha sido ampliamente la misma. Suponiendo que estamos en bicicleta a una velocidad constante sobre una superficie plana, no son, en el nivel más bajo de pensar acerca de este problema, las cuatro fuerzas que actúan: (1) la resistencia al viento, en su mayoría horizontal y en la parte trasera, pero con pequeños componentes que actúan en los radios de las ruedas del que hablaré en un momento; (2) la gravedad, vertical y hacia abajo; (3) Una fuerza que actúa en la parte delantera de los neumáticos (acerca de los cuales más en un momento); (3) una fuerza que actúa en la parte trasera de los neumáticos (de nuevo, más en un momento).
La vertical de la fuerza de la gravedad es equilibrado por el alza de las fuerzas verticales que actúan en los neumáticos. Las fuerzas verticales que actúan a través de la parte delantera y trasera de los neumáticos será diferente dependiendo de la distribución de la masa del ciclista y de la bicicleta de los componentes, pero la componente vertical de la fuerza no contribuyen tanto al desgaste como a la componente horizontal de la fuerza.
Las fuerzas horizontales a los neumáticos son los más interesantes para esta Pregunta. Tanto los neumáticos están en reposo con respecto a la tierra en la región de contacto con el suelo. Hay resistencia a la fricción para cualquier intento de hacer que los neumáticos no estar en reposo con respecto a la tierra, dondequiera que estén en contacto. Los neumáticos de resistencia se inicia y se detiene cuando el movimiento vertical del neumático, material dentro y fuera de contacto con el suelo.
Hay una fuerza de rozamiento que actúa hacia atrás en la rueda delantera que es suficiente para equilibrar el aire y el eje de la resistencia de la rueda delantera. Creo que esto lo mejor es pensar en términos de par. La rueda está girando a una velocidad constante, lo que es resistido por la fricción en el eje y por la resistencia del viento, tanto de los que actúan en contra de la dirección de rotación de la rueda. La fuerza (de la forma correcta, el par de torsión que actúa en la región de contacto de la rueda con el suelo tiene que actuar para evitar que la rueda gire, lo cual significa que la fuerza ha de actuar hacia atrás.
Hay un avance de la fuerza que actúa en la rueda trasera, que equilibra el retroceso de las fuerzas de resistencia al viento y en la rueda delantera. La parte superior de la cadena es el más bajo de la tensión de la parte inferior de la cadena (porque no hay más fuerza que actúa sobre un pedal que en el otro), que actúa como un par en la rueda trasera que es mucho más que suficiente para equilibrar el aire y el eje de la resistencia que actúa sobre la rueda trasera. En ausencia de fricción de la resistencia de los neumáticos en el suelo (y transmitidas por las radios, pero no voy a entrar en cómo puede ser dicho en más detalle), la rueda trasera podría acelerar mucho más altos de velocidad (girando a la bicicleta boca abajo muestra qué tan rápido de la rueda trasera gira con sólo un poco de fuerza en los brazos si no es sólo el viento y el eje de la resistencia). La resistencia a la fricción en la rueda trasera por lo tanto actúa para mantener la rueda trasera gira demasiado rápido, así que actúa en la dirección de avance.
Debido a que la resistencia a la fricción en la rueda trasera de los saldos tanto de la resistencia a la fricción en la rueda delantera y la resistencia al viento, la resistencia a la fricción en la rueda trasera es estrictamente más grande en la amplitud de la resistencia a la fricción en la rueda delantera, a menos que la bicicleta no está en movimiento, por lo que siempre debe ser mayor desgaste del neumático trasero.
Finalmente, cuando aceleramos, los detalles de la descripción anterior no cambian. Cuando nos frenos, la resistencia de los materiales de frenos en el borde de la llanta tiene que ser incluido. No se va por encima del manillar dicta que debemos usar los frenos delanteros más judicialmente que las que se utilizan los frenos traseros, pero hay otra Cuestión de si la parte delantera o la parte trasera frenos desgaste más rápidamente que sospecho que es más personal. Uno podría como una cuestión de hábito nunca use los frenos delanteros. La reciente moda fijas para motos de rueda deben resultar en un mayor desgaste de los neumáticos traseros, aunque esto sólo será significativo si el tráfico de las fuerzas de muchas paradas y arranques.
Al frenar, la mayor parte de su peso se va a estar en la parte delantera de los neumáticos (debido a su impulso hacia adelante). Esta es la razón por la que el freno delantero es de manera mucho más eficaz que el freno trasero. Eso también significa que, si se utiliza el freno trasero, que son bastante probable que el patín (que sólo rara vez ocurre en la parte delantera de los neumáticos), debido a que el peso es reducido. Me imagino que la rueda trasera derrape, lo que no debería ocurrir muy a menudo con la adecuada (rueda delantera) de frenado, probablemente contribuye a que los neumáticos traseros, que se desgasta más rápido. (En mi opinión, el freno trasero es sólo realmente útil cuando las carreteras están resbaladizas y como una emergencia de freno.)
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