Modulo 1 - Forze agenti sui veicoli

Per poter spostare un corpo occorre modificare il suo stato (inerzia di quiete) applicando una certa forza; anche per fermare un veicolo occorre usare una forza (in senso contrario) tramite i freni. Questo in linea generale, le forze che entrano in gioco (a cominciare dall'inerzia) sono varie e possono variare sia in intensitÓ che direzione e verso.

Forze propulsive

Sono le forze che servono al movimento del veicolo

Forza motrice. generata dal motore (che trasforma l'energia termica in energia meccanica che, applicata alla trasmissione, fa muovere le ruote), viene utilizzata in parte per il movimento, in parte per altri dispositivi. Le caratteristiche dei motori termici, purtroppo, fa si che la gran parte di energia, invece di trasformarsi in forza motrice, vada persa in energia termica (calore che deve essere smaltito dal sistema di raffreddamento).

Forza peso (in discesa). Un veicolo, come qualunque corpo, viene attirato verso la terra. In discesa, la forza peso, quindi, fa muovere il veicolo senza utilizzare il motore. La forza Ŕ tanto maggiore quanto aumenta la massa del veicolo e la pendenza della strada.

Forze resistenti

Sono le forze che ostacolano il movimento del veicolo

Forze d'attrito.Sono le resistenze generate dall'attrito dei pneumatici sulla strada, dalla resistenze meccaniche degli elementi della trasmissione; tutte queste resistenze producono calore (e riducono l'energia cinetica).

Forza frenante. Si realizza con rallentamento delle ruote per mezzo di elementi frenanti che trasformano l'energia cinetica in energia termica tramite attrito. Per ridurre l'energia cinetica del veicolo si usano anche rallentatori idraulici e elettromagnetici o il freno motore.

Forza peso (in salita).Funziona esattamente come nel caso della discesa, solo che il vettore della forza cambia verso e quindi la stessa forza peso diventa una resistenza.

Resistenza aerodinamica all'aria. Se si viaggiasse nel vuoto, e senza gravitÓ, l'inerzia farebbe muovere il veicolo a velocitÓ costante. L'aria determina una resistenza in funzione della velocitÓ del veicolo e della superfice frontale. Il cx Ŕ un coefficente di resistenza aerodinamica, un cx pi¨ basso favorisce la penetrazione e diminuisce la resistenza (tipo le auto sportive). Un mezzo pesante o un autobus ha un cx penalizzante. Una piccola soluzione, per gli autocarri, Ŕ uno spoiler sopra la cabina che devia il flusso d'aria al di sopra del cassone.

forze resistenza

Vento. Pu˛ avere effetti positivi (se spinge da dietro) o penalizzare ulteriormente la resistenza aerodinamica (se frontale). L'effetto peggiore Ŕ il vento laterale. La spinta del vento pu˛ portare alla perdita di stabilitÓ del veicolo. L'effetto Ŕ maggiore per i veicoli che hanno una maggiore superfice laterale e in caso di alta velocitÓ. In tal caso, la forza del vento determina un momento ribaltante (la spinta applicata al baricentro) che viene opposta solo dalla forza peso (e quindi dall'aderenza dei pneumatici).

vento laterale

Forza centripeta e centrifuga

La forza centripeta si ha quanto un veicolo, in moto rettilineo, comincia a sterzare. PerchŔ si possa avere la forza centripeta occorre un vincolo, nel caso i pneumatici sull'asfalto. La forza Ŕ diretta verso il centro della curva ed Ŕ proporzionale alla massa e al quadrato della velocitÓ e inversamente proporzionale al raggio della curva (ossia, raggio pi¨ piccolo, forza maggiore). Tuttavia, mentre percorriamo una curva in veicolo non viene attratto al centro, in quanto con la forza centripeta entra in gioco la forza centrifuga (che Ŕ di intensitÓ uguale ma di verso opposto). Quando si percorre una curva, infatti, ci sentiamo spinti verso l'esterno, questa Ŕ la forza centrifuga. FinchŔ il vincolo, l'aderenza, dei pneumatici regge bene. In caso di perdita di aderenza, il veicolo prosegue per la tangente della curva.

forza centripeta

La forza centrifuga, inoltre, potrebbe portare al ribaltamento del veicolo. Infatti, tale forza agisce sul baricentro del veicolo, generando quindi un momento ribaltante (forza per braccio, l'altezza del baricentro), stabilizzata solo dalla forza peso. Se la risultante di queste due forze esce dal piano di appoggio si ha la rottura dell'equilibrio e il ribaltamento.

forza centrifuga

Deriva

L'angolo di deriva si ha in curva quanto la traiettoria impostata dallo sterzo non Ŕ identica a quella reale. Ci˛ Ŕ dato dallo strisciamento del pneumatico. Dipende dalla forza centrifuga, dalla pressione di gonfiaggio (bassa pressione, maggiore deriva), dal carico e dagli angoli di campanatura delle ruore. Effetto deriva sul pneumatico

Sottosterzo e sovrasterzo

In caso di deriva, il comportamento del veicolo pu˛ essere diverso. Possiamo avere un comportamento neutro (ossia angolo di deriva nullo e quindi traiettoria normale) o, pi¨ facilmente, un comportamento sottosterzante o sovrasterzante.
In caso di sottosterzo, l'angolo di deriva delle ruote anteriori Ŕ maggiore di quelle posteriori, la traiettoria si allarga e occorre sterzare maggiormente.
In caso di sovrasterzo, sono le ruote posteriori ad avere un angolo di deriva maggiore, quindi il veicolo tenderÓ a chiudere la curva (allargare con il posteriore) ingenerando possibili testacoda.

sottosterzo e sovrasterzo