La importancia del deslizamiento de los neumáticos: aprendamos más sobre este fenómeno

En una carretera asfaltada, si intentas alcanzar una velocidad muy alta rápidamente, el coche puede atascarse. Esto se debe a que la fuerza de fricción de los neumáticos depende de un parámetro importante llamado slip. Aprendamos más sobre este interesante tema de manera detallada. Aquí se ilustra un neumático rodando de manera perfecta, en una condición de rodadura perfecta, la distancia recorrida por la rueda será igual al perímetro de la rueda. El contacto entre la carretera y el neumático será en una línea. En este caso, en un caso de rodadura pura, el movimiento relativo entre la carretera y el neumático es cero y, obviamente, el slip también es cero. El caso opuesto a este caso es un caso de deslizamiento puro o cien por ciento de slip. En general, los neumáticos se comportan entre estos dos extremos. La región de contacto entre el neumático y la carretera siempre estará en un área debido al peso que actúa sobre ella. Si observas, la rueda se mueve menos que su perímetro durante una revolución completa. Esto se debe a que el movimiento relativo entre el neumático y la carretera no será perfectamente cero, una parte siempre se deslizará. Entendamos más sobre este fenómeno que vimos anteriormente: ¿qué son los casos de rodadura pura y deslizamiento puro? En un caso de deslizamiento puro, las moléculas del neumático y la carretera se frotan entre sí y se genera una fuerza de fricción opuesta al movimiento del neumático. En resumen, todas las moléculas de la zona de contacto se deslizarán en este caso. Ahora, la pregunta es: ¿cuál será la naturaleza de esta interacción microscópica durante, digamos, un 50 por ciento de slip? Tales casos conducen a la generación de otra región interesante llamada región de adhesión. En una región de adhesión, las moléculas de las superficies del neumático y la carretera forman enlaces superficiales. Estos se llaman enlaces van der Waals y son débiles en su fuerza de unión. Puedes encontrar los mismos tipos de enlaces entre las capas de grafito de una tapa de lápiz. Ahora, es posible que te preguntes cómo puede haber un enlace fijo en un neumático en movimiento. Los enlaces en la región de adhesión son temporales debido al movimiento del neumático, estos enlaces deben romperse. Durante este proceso, la fuerza generada por las moléculas de la carretera en las moléculas del neumático estará en la misma dirección que la fuerza de fricción de deslizamiento. Todavía hay confusión entre los investigadores sobre la ubicación de las regiones de adhesión y deslizamiento. La fuerza de fricción total producida por un neumático será la suma de los valores de fricción adhesiva y de deslizamiento. El valor de la fuerza de fricción adhesiva siempre es mayor que el valor de la fuerza de fricción de deslizamiento en una condición de rodadura perfecta. Sin embargo, cuando la rueda está deslizando al cien por ciento, entra en juego la fricción de deslizamiento. Puedes esperar que los valores de fricción para los otros niveles de deslizamiento varíen de esta manera. Sin embargo, lo que ocurre en la práctica es totalmente diferente. ¿Por qué este comportamiento extraño para la variación de deslizamiento versus fricción? Para entender este comportamiento, tomemos el ejemplo clásico de un bloque que se mueve linealmente. El bloque no se mueve hasta que la fuerza aplicada supere la fuerza de fricción estática. Después de la fuerza máxima, el bloque se desliza y el valor de fricción baja repentinamente. Reemplazemos el eje x con el valor de deslizamiento en lugar de la fuerza aplicada. Este ejemplo de bloque tiene un deslizamiento cero o cien por ciento de deslizamiento. Dado que un neumático en rodadura perfecta no tiene ningún movimiento relativo con la carretera, este caso es equivalente a un bloque que no se mueve. Un neumático que se desliza al cien por ciento es obviamente igual a un bloque en movimiento. Por lo tanto, es lógico esperar un gráfico similar para los neumáticos en rodadura. Debido a las propiedades flexibles de la goma en este caso, el gráfico será más suave. El gráfico de deslizamiento versus fricción es bastante importante en tecnología de ABS y en análisis de dinámica de vehículos. El sistema de frenos antibloqueo está diseñado de tal manera que se aplican los frenos en el rango de relación de deslizamiento del 8 al 30 por ciento. Ahora podemos ver cómo se puede calcular experimentalmente la fuerza de fricción y el deslizamiento. Conocemos la fórmula para calcular el torque de frenado y se utilizan sensores de torque para medir la fuerza de fricción. La fuerza normal se mide utilizando una galga extensiométrica. Usando estos dos valores, se calcula el coeficiente de fricción. Se calcula el valor de la relación de deslizamiento utilizando estas ecuaciones. Se miden tanto la velocidad angular como la velocidad de translación utilizando sensores de velocidad de las ruedas. La velocidad de translación se mide en ruedas que no están frenando. Sin embargo, cuando se aplican frenos en las cuatro ruedas, se utiliza un radar para estimar la velocidad de translación del vehículo. En este video, estudiamos la variación de la fuerza de fricción para la conducción en línea recta. Cuando el vehículo toma una curva, la zona de contacto se deforma. El ángulo entre la dirección en la que apunta la rueda y la dirección en la que viaja la rueda se conoce como ángulo de deslizamiento. En los próximos videos de esta serie, veremos cómo el ángulo de deslizamiento afecta la fricción. Por favor, no olvides apoyarnos. Gracias.

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Autor

  • Manuel Mascus

    Soy un ingeniero y periodista con una amplia experiencia en ambos campos, y aquí, en mi sitio web, encontrarás una variedad de artículos y análisis rigurosos que buscan fomentar la comprensión y el entusiasmo por estas disciplinas.

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