Pneumatici - Resistenza all'avanzamento e funzionamento

[EC2277]

Riporto dalla discussione: Test Fiat Panda 2012 1.3 M-Jet 75 CV

Per ridurre la resistenza al rotolamento: un pneumatico deve avere un'impronta a terra, proporzionale al peso della vettura che deve sostenere. Pertanto un pneumatico stretto, per offrire la giusta impronta a terra, dovrà schiacciarsi di più di uno largo e poiché l'energia necessaria per deformare il pneumatico, è proporzionale alla sua resistenza al rotolamento, se ne deduce che un pneumatico largo offre una minore resistenza di uno stretto.

Come mai ? Intendo la parte in neretto..
Grazie in anticipo

Per spiegartelo faccio riferimento a quest'immagine poiché di visualizzare bene (anche troppo) la deformazione del peneumatico per effetto della forza-peso.

Considera un punto del pneumatico posto sulla sommità del battistrada. Esso non poggia per terra e quindi il pneumatico, in corrispondenza di tale punto, non è deformato. Ma quando la vettura si mette in moto, la ruota inizia a rotolare ed a causa di ciò il punto che prima era posto sulla sommità del pneumatico, dopo un certo tempo si troverà a contatto con il terreno, di conseguenza il penumatico sarà costretto a deformarsi per effetto della forza-peso. Poiché il rotolamento della ruota porta a contatto con il terreno sempre nuove porzioni di pneumatico obbligandole a deformarsi, per poi a recuperare la loro condizione indeformata quando, sempre a causa del rotolamento, verranno sollevate da terra. Tutto questo lavoro di deformazione dissipa energia a causa dell'attrito interno al pneumatico e tale energia è sottratta alla stessa fonte che causa la rotazione della ruota: il motore.
Se vuoi, puoi verificare la bontà di quanto sto scrivendo da solo: metti la tua auto in folle e senza freno a mano, spingila leggermente in avanti e poi lasciala. Vedrai che la vettura tornerà da sola nella posizione che occupava prima della tua spinta e ciò è dovuto proprio ai pneumatici che, essendo stati deformati, si comportano come delle molle di gomma (anzi lo sono) e ritornano nella loro configurazione originaria.
Questo video demenziale mostra molto bene la deformazione del pneumatico a partire dal minuto 1:40.


Per lo stesso motivo si ricorre a cerchioni sempre più grandi: maggiori sono le dimensioni del cerchio, a parità di diametro di rotolamento e minori sono le deformazioni che subirà il pneumatico; come è possibile vedere confrontando i consumi dichiarati della Thema con i cerchi delle varie dimensioni.

[Prof. Gimmo]

Ehehehe, ora ci sono.

Gomme strette, maggior peso per cm2 di superficie, e maggiore deformazione.
Effetto molla maggiore, a causa della maggior deformazione, e quindi maggior attrito per rotolamento.

Gomme larghe, minor deformazione, minor effetto-molla.

Bravo Ecci', chiarissimo

PS: non posso ottenere lo stesso con gomme strette ma spalla rigidissima?
Forse si', ma e' antieconomico immagino..
Ne guadagnerebbe la precisione di guida, ma a discapito del comfort.
Mi sa che la verita' sta nel mezzo, eh

[EC2277]

Invece non ci sei: se il peso della vettura non varia, allora non varia nemmeno la superficie dell'impronta di contatto. Quello che cambia è il rapporto tra la larghezza (l) dell'impronta e la sua profondità (p).
Considera il seguente triangolo:

Nella quale C rappresenta il mozzo della ruota, A sarebbe il punto d'inizio dell'impronta, B è il punto di mezzeria dell'impronta ed i è il raggio della ruota. La distanza b tra B e C è pari alla metà della profondità dell'impronta (p=2b), percui la superficie dell'impronta è pari ad S=p*l=2b*l. Pertanto, essendo come ti ho già detto la superficie costante, riducendo la larghezza l aumenta la profondità p e quindi b. Se però aumenti b allora, per effetto del teorema di Pitagora (a^2=i^2-b^2), si riduce l'altezza da terra del mozzo (a) e quindi aumentano le deformazioni.

[Ario_]

Per ridurre la resistenza al rotolamento: un pneumatico deve avere un'impronta a terra, proporzionale al peso della vettura che deve sostenere. Pertanto un pneumatico stretto, per offrire la giusta impronta a terra, dovrà schiacciarsi di più di uno largo e poiché l'energia necessaria per deformare il pneumatico, è proporzionale alla sua resistenza al rotolamento, se ne deduce che un pneumatico largo offre una minore resistenza di uno stretto.

capisco. quindi per ridurre la resistenza al rotolamento lo pneumatico dev'essere sufficientemente largo. cosa che implica anche un cerchio maggiore, se non erro.
però penso anche che uno pneumatico più stretto sia più leggero, faccia meno resistenza in velocità e sia più sicuro sul bagnato, no?

[EC2277]

…
però penso anche che uno pneumatico più stretto sia più leggero,

A parità di circonferenza di rotolamento si, è più leggero.
Di quanto è più leggero e quanto ciò incida sia sulle prestazioni che sui consumi è però un altro e per niente scontato discorso.

faccia meno resistenza in velocità

La variazione della resistenza generata da un pneumatico dipende da due fattori: la resitenza aerodinamica e le deformazioni del pneumatico stesso. Ovviamente il pneumatico stretto è più aereodinamico ma, a causa del maggior numero di deformazioni che subisce (all'aumentare delle velocità le ruote girano più velocemente), ha anche maggiori perdite per deformazione.

e sia più sicuro sul bagnato, no?

Si, un pneumatico stretto "taglia" meglio l'acqua e quindi ha un minor rischio di perdere aderenza.

P.S. Non ho capito se la seguente spiegazione è stata chiara. Se non lo è stata ditemelo.

Invece non ci sei: se il peso della vettura non varia, allora non varia nemmeno la superficie dell'impronta di contatto. Quello che cambia è il rapporto tra la larghezza (l) dell'impronta e la sua profondità (p).
Considera il seguente triangolo:

Nella quale C rappresenta il mozzo della ruota, A sarebbe il punto d'inizio dell'impronta, B è il punto di mezzeria dell'impronta ed i è il raggio della ruota. La distanza b tra B e C è pari alla metà della profondità dell'impronta (p=2b), percui la superficie dell'impronta è pari ad S=p*l=2b*l. Pertanto, essendo come ti ho già detto la superficie costante, riducendo la larghezza l aumenta la profondità p e quindi b. Se però aumenti b allora, per effetto del teorema di Pitagora (a^2=i^2-b^2), si riduce l'altezza da terra del mozzo (a) e quindi aumentano le deformazioni.

[Ario_]

non so se l'ho capito bene bene. riassumendo alla grezza dato il peso della macchina ed il tipo di pneumatico la superficie che è a contatto con il suolo è costante. ciò che può variare sono la lunghezza e la larghezza di questa superificie: se si riduce una, aumenta necessariamente l'altra. Giusto?

[EC2277]

Esatto: a parità di peso della vettura, la superficie di contatto tra i pneumatici e l'asfalto è pressoché costante e variando il peso, varia di conseguenza anche l'estensione della superficie.

[Giò]

ma siamo sicuri che a parità di peso la superficie di contatto non vari?
Ad esempio tra la misura più stretta per la mia auto che è 215 e quella più grande che credo sia 245
non credo che non cambi la superficie di contatto. Mi sembra infatti di ricordare che in fase
di omologazione dei consumi vengano appunto usate le gomme più strette.
Credo inoltre che rispettando le pressioni di gonfiaggio, le perdite per
deformazioni siano più che compensate dalla minore sezione frontale
specie alle velocità più elevate. Non a caso tutte le auto che curano i consumi
hanno gomme con sezione ridotta, elevata pressione di gonfiaggio e tendenzialmente diametro elevato

[Regazzoni]

ma siamo sicuri che a parità di peso la superficie di contatto non vari?
Ad esempio tra la misura più stretta per la mia auto che è 215 e quella più grande che credo sia 245
non credo che non cambi la superficie di contatto. Mi sembra infatti di ricordare che in fase
di omologazione dei consumi vengano appunto usate le gomme più strette.

Per semplice fisica, a parte una quasi trascurabile componente dovuta alla rigidezza delle spalle del pneumatico, il sostegno dato dagli pneumatici deriva dalla formula " F = pressione * superficie ", dove la pressione è quella interna del pneumatico e la superficie è all'incirca quella della superficie di contatto.
Quindi a parità di pressione la superficie di contatto rimane pressochè invariata al variare della forma della gomma.

Allo stesso modo, riducendo la pressione di un pneumatico deve aumentare la superficie di contatto: vedi gomma sgonfia, che poi diventa gomma a terra.

[EC2277]

ma siamo sicuri che a parità di peso la superficie di contatto non vari?
Ad esempio tra la misura più stretta per la mia auto che è 215 e quella più grande che credo sia 245
non credo che non cambi la superficie di contatto. Mi sembra infatti di ricordare che in fase
di omologazione dei consumi vengano appunto usate le gomme più strette.
Credo inoltre che rispettando le pressioni di gonfiaggio, le perdite per
deformazioni siano più che compensate dalla minore sezione frontale
specie alle velocità più elevate. Non a caso tutte le auto che curano i consumi
hanno gomme con sezione ridotta, elevata pressione di gonfiaggio e tendenzialmente diametro elevato

Infatti la Panda è passata dai 165/65R14 ai 185/55R15 e stando a quanto detto dall'utente Marric, in questo modo è stato possibile ridurre le perdite di rotolamento del 30%.