ΤΡΟΧΟΙ PART IV

Μετά το Part II και Part III της σειράς των Know How μας περί Τροχών, όπου επικεντρώσαμε στην ανατομία και την κατασκευή της ζάντας και του ελαστικού αντίστοιχα, υποδομή απαραίτητη τόσο για το τρέχον Part IV όσο και τη συνέχεια, ήρθε η ώρα να δούμε το "πως" και το "γιατί" όλα αυτά τα επιμέρους ενώνουν τις δυνάμεις τους για να κάνουν το τουτούνι μας να βεντουζώνει (ή να γλιστράει κατά βούληση ή μη...) στο δρόμο. Θα πρέπει να μπλέξουμε με τους σχετικούς τύπους και τα ανάλογα φυσικά μεγέθη, κάτι με το οποίο εντέχνως αποφύγαμε να σας ζορίσουμε ως τώρα, με εξαίρεση το Part I της σειράς και τη κουβέντα για βάρος τροχού και ροπές αδρανείας. Αλλά όμως, μη βιαστείτε να φωνάξετε όσοι βλέπετε νούμερα και βγάζετε σπυράκια, γιατί θα το πάμε a la «Βου και α = Βα», δεν θα χαθείτε πουθενά. Συζητώντας για ελαστικά, κράτημα, σπινάρισμα, απώλειες κτλ. θα έχετε ακούσει διάφορα περί τριβής, σε μία κουβέντα κάποιος θα πει ότι "όσο μεγαλύτερη τόσο το καλύτερο" ενώ, προχωρώντας τη συζήτηση σε μία άλλη της πτυχή, θα πεταχτεί ο φίλος του να τονίσει όμως ότι "έτσι χάνεις πολλά από τριβές". Στη πραγματικότητα επ' αυτού, η μία προσέγγιση δεν ακυρώνει την άλλη, μιας και ο τροχός του αυτοκινήτου είναι πολυπρόσωπο λαμόγιο: γενεσιουργός αιτία τόσο για το καλό αγγελάκι του (πρόσφυση), όσο και για το διαβολάκι του παραδίπλα (απώλειες ισχύος) δεν είναι άλλη, από την ανάπτυξη διαφορετικών ειδών τριβών. Τριβών που είναι πάντα εκεί να μας υπενθυμίζουν ότι, ό,τι και να κάνουμε με σούπερ χάι ντούπερ τεχνολογίες, οι νόμοι της Φυσικής μας θα κλείνουν το μάτι ή θα γελάνε με τη πάρτυ μας κατά βούληση. Και ενώ δεν μπορούμε να τους αλλάξουμε, μπορούμε να τους μάθουμε τόσο καλά, ώστε να τους εκμεταλλευόμαστε για να μας κάνουν τα χατήρια, εμπρός μαρς!

Τριβή: απενοχοποίηση τώρα!

Συνήθως, όταν σε αυτοκινητιστικές συζητήσεις λέμε τη λέξη «τριβή», μάλλον ως κάτι «κακό και σατανικό» την αναφέρουμε: θέλουμε αντιτριβικά στα χιτώνια για να την μειώσουμε, μας αυξάνει την θερμοκρασία της βαλβολίνης στα δισκάκια του διαφορικού και εξαφανίζει τη πάστα από τα τακάκια μας πριν το προγραμματισμένο σέρβις. Με μία απλή προσέγγιση, η τριβή είναι η δύναμη που αντιστέκεται στη κίνηση ενός σώματος που βρίσκεται σε επαφή με την επιφάνεια ενός άλλου και έχει αντίθετη φορά από την δύναμη η οποία κινεί (ή έστω προσπαθεί να κινήσει) το σώμα: όταν σπρώχνουμε ένα μπαούλο προς τα εμπρός, η δύναμη τριβής έχει φορά προς τα πίσω, όταν τραβάμε ένα τραπέζι προς τα εμάς, η δύναμη τριβής κοιτάει προς την φορά απομάκρυνσης του τραπεζιού από εμάς. Πόση είναι αυτή η τριβή? Η κλασικότερη μοντελοποίηση και ποσοτικοποίηση της είναι η λεγόμενη "Τριβή Coulomb" και αυτή δεν είναι άλλη από την εξής απλή σχέση:

 T (τριβή) β ‰≤ μ (συντελεστής τριβής) x N (βάρος)

 Τι μας λέει αυτή η σχέση? Ότι η δύναμη (αντίσταση) τριβής είναι μικρότερη ή ίση από το ίδιο το βάρος του σώματος (μιλάμε για κίνηση σε επίπεδο έδαφος, χωρίς κλίση, οπότε βάρος = κάθετη αντίδραση δαπέδου) επί έναν συντελεστή, τον συντελεστή τριβής. Ο συντελεστής τριβής είναι μία αδιάστατη σταθερά, η οποία χαρακτηρίζει μία διεπίφανεια (και ποτέ ένα σκέτο υλικό): π.χ. για σίδερο που ακουμπάει σε σίδερο έχει τιμή 1,0 , για δέρμα που ακουμπάει σε στεγνό μέταλλο 0,6 και για πάγο πάνω σε ατσάλι 0,03. Ας δούμε στη πράξη τι σημαίνει η σχέση που γράψαμε πάνω και γιατί είναι ισότητα και ανισότητα, αρχικά για ένα απλό σώμα και -περνώντας έτσι ευκολότερα στη συνέχεια στα πιο σύνθετα λημέρια μας- τον τροχό του αυτοκίνητου. Έχουμε ένα βιβλίο πάνω στο γραφείο μας το οποίο ζυγίζει μισό κιλό (4,9 Newton) και το χαρτόνι του εξωφύλλου του έχει συντελεστή 0,5 με το κόντρα πλακέ του γραφείου. Σύμφωνα με τον τύπο, η μέγιστη δυνατή τριβή που θα αναπτυχθεί σε κάθε περίπτωση θα πρέπει το μέγιστο δυνατό να είναι 0,5 x 0,5 = ένα τέταρτο του κιλού δύναμης ή 2,45N. Βάζουμε το χέρι μας δεξιά του και ξεκινάμε σιγά σιγά με αυξανόμενη δύναμη να το σπρώχνουμε προς τα αριστερά. Σπρώχνοντας προς τα αριστερά με 1Ν το βιβλίο δεν κινείται ρούπι, αφού ταυτόχρονα μπορεί και αναπτύσσεται 1Ν τριβή. Με 2Ν δύναμη μας ομοίως δεν κουνιέται φύλλο, γιατί και 2Ν μπορεί να τα φτάσει η δύναμη τριβής που ασκείται από το γραφείο στο βιβλίο. Σφίγγουμε τα μπράτσα και σπρώχνουμε με 3Ν, το βιβλίο κινείται επιτέλους αριστερά, αφού η τριβή που, όπως είδαμε, ταβανιάζει στα 2,45N δεν μπορεί πλέον να μας κοντράρει και το βιβλίο συν τοις άλλοις έχει καβάτζα 3-2,45=0,55Ν να επιταχυνθεί. Η τριβή μπορεί περαιτέρω να χωριστεί σε δύο φάσεις-τύπους: την «στατική τριβή» και την «τριβή ολίσθησης». Όσο σπρώχναμε το βιβλίο χωρίς να κινείται, η τριβή που μας κόντραρε ήταν η στατική τριβή, όταν όμως αυτό άρχισε να κινείται (υπήρχε δηλαδή σχετική κίνηση στην διεπιφάνεια με το τραπέζι), σε αυτό ασκούνταν η τριβή ολίσθησης. Την στιγμή ακριβώς πριν αρχίσει να κινείται το βιβλίο, η στατική τριβή πήρε την μέγιστη τιμή της (2,45Ν) αλλά από τη στιγμή και μετά που είχαμε κίνηση, η τριβή (τριβή ολίσθησης πλέον) είναι λίιιιγο μικρότερη, διότι ο συντελεστής στατικής τριβής είναι λίγο μεγαλύτερος από τον συντελεστή ολίσθησης: στο συγκεκριμένο παράδειγμα με το βιβλίο, αν ο συντελεστής στατικής τριβής είναι 0,5 τότε ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι π.χ. 0,45. Αυτό σημαίνει ότι ενώ για να κινήσουμε το βιβλίο (για να υπερνικήσουμε τη στατική τριβή) θέλαμε 2,45N, καθώς το βιβλίο κινείται μας κοντράρει το τραπέζι με λίγο λιγότερη δύναμη 0,45 x μισό κιλό = 2,20Ν τριβή ολίσθησης. Η φαινομενικά μικρή αυτή διαφορά μεταξύ στατικής τριβής (τριβής με τις επιφάνειες ακίνητες μεταξύ τους) και τριβής ολίσθησης (το σώμα τρίβεται-κινείται σε μία επιφάνεια) μπορεί αρχικά να φαίνεται αμελητέα, αλλά ούτε λίγο ούτε πολύ, είναι ο λόγος πίσω από τον οποίο ένα αυτοκίνητο με ABS απαιτεί κατά κανόνα μικρότερη απόσταση ακινητοποίησης από ένα αυτοκίνητο χωρίς ABS (και το οποίο δηλαδή φρενάρει σέρνοντας συνεχώς τους μπλοκαρισμένους τροχούς του).

Άλλο βιβλίο, άλλο αυτοκίνητο όμως ρε μπάρμπα

Και ενώ λοιπόν στις περισσότερες εκφάνσεις της, όπως στο παράδειγμα με το βιβλίο, η τριβή είναι κάτι το «άσχημο» (μας «τρώει» δύναμη αφού μας κοντράρει η φορά της), σε ένα όχημα με κινητήριους τροχούς, όχι απλά δεν είναι κάτι το ανεπιθύμητο αλλά αντιθέτως, χάρη σε αυτή κινείται το όχημα! Η τριβή μεταξύ ελαστικών και δρόμου σε ένα όχημα (ΟΚ εκτός ανηφόρας - κατηφόρας και χωρίς τυφώνα...) πολύ απλά είναι η μία και μοναδική δύναμη που ασκείται πάνω του και του αλλάζει την κινητική κατάσταση. Και μάλιστα κατά βούληση μας: με φορά που συμπίπτει με αυτήν της κίνησης όταν επιταχύνουμε και αντίθετη όταν θέλουμε να φρενάρουμε. Πως ακριβώς? Νόμος Δράσης-Αντίδρασης: όταν ο κινητήρας ασκεί μία Χ ροπή στο τροχό, τότε αυτός περιστρεφόμενος προσπαθεί στο σημείο επαφής με το οδόστρωμα (δηλαδή σε σημείο της τροχιάς του που ο τροχός κινείται αντίθετα με το όχημα, από τη μούρη προς το κώλο) να «σπρώξει» το δρόμο προς τα πίσω (όπως το χέρι μας στο βιβλίο) και έτσι ο δρόμος ασκεί μία ίση, αλλά αντίθετη, δύναμη αντίδρασης προς το ελαστικό (όπως έκανε το τραπέζι στο βιβλίο). Επειδή όμως, σε αντίθεση με το βιβλίο, ο δρόμος δεν κινείται όσο και να ιδρώσουμε (ναι, σε σένα με την τερματισμένη GT42 απευθύνομαι), μας μένει μόνο η δύναμη τριβής από τον δρόμο στο τροχό και από εκεί σε όλο το όχημα με τη φορά που θέλουμε: προς τα εμπρός. Η τριβή λοιπόν καταλήγουμε, είναι η μόνη δύναμη που μας επιταχύνει («ελκτική δύναμη»), η τριβή είναι φίιιιιλος μας (ναι Αρτέμη Μάτσα ακόμα και σε γερμανικό οδόστρωμα!). Όταν πατάμε γκάζι χωρίς να σπινάρουμε, μας σπρώχνει στατική τριβή (γιατί το πέλμα στο σημείο επαφής με το δρόμο είναι ακίνητο), ενώ όταν σπινάρουμε ή φρενάρουμε με τέρμα μπλοκαρισμένους τροχούς μας επιταχύνει ή μας επιβραδύνει αντίστοιχα η τριβή ολίσθησης που ασκείται στο τροχό. Το γεγονός ότι η στατική τριβή είναι μεγαλύτερη από την ολίσθησης όπως είπαμε πριν, είναι ο λόγος που όταν δεν σπινάρουμε, επιταχύνουμε καλύτερα από όταν πάμε σπιναριστοί και ο λόγος που ενώ κάνοντας burn-out, μπορεί να είμαστε στην ίδια θέση (εκεί η τριβή ολίσθησης δεν είναι ικανή να υπερνικήσει την αδράνεια του οχήματος) όταν εντούτοις αρχίσει να γραπώνει (η τριβή ολίσθησης μετατρέπεται -έστω προσωρινά- σε στατική) το ελαστικό κάτω, φεύγουμε μπροστά. Στη πραγματικότητα και για λόγους που έχουν να κάνουν και με την παραμόρφωση του πέλματος και θα δούμε αναλυτικότερα παρακάτω, ο μέγιστος συντελεστής πρόσφυσης (ελκτικής δύναμης εδώ) επιτυγχάνεται με ένα μικρό σπινάρισμα/ολίσθηση και όχι με φουλ στατική (εντελώς "ασπινάριστη") τριβή. Ανάλογα με το συνδυασμό ελαστικού-οδοστρώματος-βάρους-συνθηκών, το ιδανικό ποσοστό σπιναρίσματος κυμαίνεται από 10-30% και όταν λέμε π.χ. 20% σπινάρισμα (ολίσθηση) εννοούμε ότι στο 80% μίας πλήρους περιφοράς του τροχού στο σημείο επαφής του με το οδόστρωμα δεν γλιστράει (του ασκείται στατική τριβή) και στο υπόλοιπο 20% γλιστράει (του ασκείται τριβή ολίσθησης). Η «επιλογή» ποσοστού σπιναρίσματος σε δεδομένο αυτοκίνητο-δρόμο, δηλαδή η επιλογή συντελεστή τριβής (στατικής, ολίσθησης ή μείγμα αυτών) μέσω του ελέγχου του γκαζιού από το δεξί μας ποδάρι, είναι αυτή που θα καθορίσει τις επιδόσεις μας στην ευθεία και θα αναδείξει τον χερά ή τον κουλό κοντράκια. Λίγο περισσότερο ή λίγο λιγότερο σπινάρισμα μπορεί να μεταβάλει τον συντελεστή τριβής (και επομένως την δύναμης τριβής) αισθητά και αυτό στη κόντρα ("δοκιμή" εννοώ κύριε αστυφύλακα!) μπορεί να είναι κάμποσες καρότσες διαφορά στην εκκίνηση. Πόσος είναι όμως αυτός ο συντελεστής τριβής του ελαστικού του αυτοκινήτου με το δρόμο? Κρατήστε τα παρακάτω νούμερα συντελεστών, γιατί θα χρειαστούν στην εφαρμογή που θα δούμε αμέσως παρακάτω. Σε μία καλή στεγνή άσφαλτο, με καλά λάστιχα, παίζει γύρω από τον άσσο, στο πάνω-κάτω 1,0. Μία στεγνή άσφαλτος, αλλά αυτή που χαρακτηρίζουμε ως «γυαλί» ή «σαπούνι» και/ή λάστιχα για το αντρικό μόριο, παίζει στο 0,5-0,6, ενώ το βρεγμένο οδόστρωμα κινείται στο 0,3. Για το χιόνι, ο συντελεστής πέφτει ακόμα πιο κάτω στο 0,1, αλλά επειδή σε κόντρα στο Καϊμάκτσαλαν δύσκολα θα σας καλέσει κανείς, πιο ενδιαφέρον έχουν οι "αγωνιάρηδες" συντελεστές τριβής, που ξεπερνάνε το 1,0. Με πολιτικά λάστιχα δεν ξεπερνιέται το 1,2-1,3, αλλά με φουλ αγωνιστικές (ημι)σλικαδούρες σε γυαλόχαρτο υπερφρέσκια άσφαλτο μπορεί να φτάσουμε το 1,5. Dragstrip καταστάσεις με κόλλες φτάνουν το στεγνό 2,0, αλλά αυτό το τελευταίο νούμερο είναι καθαρά θεωρητικό, αφού σε κολλώδεις επιφάνειες δεν έχει νόημα να μιλάμε καν για τριβές coulomb. Γιατί δεν έχει νόημα θα το δείτε εντός ολίγου... ΟΚ, είμαστε κατά βάσει ευθειάκηδες, αλλά για να μην αφήσουμε το φρενάρισμα παραπονεμένο, ας δούμε τώρα από την άλλη τι συμβαίνει όταν το αυτοκίνητο φρενάρει με ή και χωρίς το ABS σε λειτουργία: με μπλοκαρισμένους τροχούς η τριβή που μας επιβραδύνει είναι αποκλειστικά τριβή ολίσθησης π.χ. σταθερού συντελεστή της τάξεως του 0,9. Με το υδραυλικό κύκλωμα του ABS να κλειδώνει-ξεκλειδώνει συνεχόμενα την «λαβή» της δαγκάνας στο δίσκο μεταπηδάμε πολύ γρήγορα από το καθεστώς της ολίσθησης σε αυτό της μέγιστης στατικής τριβής (μεγέθους λ.χ. 1,1). Ο «μέσος όρος» τώρα του κλειδώματος-ξεκλειδώματος βρίσκεται από πλευράς συντελεστή τριβής, κάπου ανάμεσα στο 0,9 και το 1,1 που προαναφέραμε. Μία αύξηση 5-10% λοιπόν στην διαθέσιμη τριβή για επιβράδυνση, επιφέρει ανάλογα κέρδη στην συνολική απόσταση ακινητοποίησης. Το σώσαμε το κράσπεδο... Φυσικά, αυτό μόνο όσον αφορά το πλεονέκτημα της χρήσης ABS ως προς την δύναμη τριβής επιβράδυνσης καθαυτή κινούμενοι σε ευθεία γραμμή, καθώς η ελευθερία που δίνει στο τροχό η «απεμπλοκή» της περιστροφής του από τη πίεση της δαγκάνας, ως γνωστόν, βελτιώνει δραματικά την ικανότητα ελέγχου της μεταβολής της τροχιάς μέσω του συστήματος διεύθυνσης.

Θα σπινάρει ή θα κρεμάσει? Απαντήστε χωρίς να κάψετε ευρώ βενζίνης

Πάμε λοιπόν τώρα να τα δούμε όλα αυτά επί του πρακτέου σε ένα τρέχουσας γενιάς SeatIbizaCupra ενός κοντράκια που, είτε μάταια προσπαθεί να βρει πρόσφυση από τα πολλά άλογα, είτε δεν μπορεί καν ο καημένος να σπινάρει επειδή το αμάξι είναι "μαμά" και ο δρόμος γυαλόχαρτο. Η ανισότητα της τριβής που είδαμε πιο πάνω, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι η τριβή είναι η μοναδική δύναμη που μας κινεί μπροστά, σημαίνουν το εξής πολύ απλό: ότι υπάρχει κάποιο δεδομένο και αξεπέραστο όριο της δύναμης που μπορεί να μας επιταχύνει και αυτό δεν είναι άλλο από το γινόμενο του εκάστοτε συντελεστή τριβής επί το ποσοστό βάρους του αυτοκινήτου που αναλογεί στον ή στους κινητήριους άξονες (άρα βάσει των συντελεστών που είδαμε πριν, π.χ. μπορούμε να έχουμε 10πλάσια μέγιστη δυνατή επιτάχυνση στην καλή άσφαλτο από ότι στο χιόνι). Είτε έχεις 100 άλογα είτε 1.000, η μέγιστη δύναμη που θα σε επιταχύνει είναι το εν λόγω γινόμενο και μόνο. Αυτό συνεπάγεται ότι μέχρι την ταχύτητα που το αυτοκίνητο μπορεί να σπινάρει, ακόμα και αν διπλασιάσεις τη ροπή, το αυτοκίνητο δεν γίνεται πιο γρήγορο, ίσα ίσα, που λόγω τριβής ολίσθησης, όπως είδαμε χάνεις κιόλας. Μόνο από την ταχύτητα και πάνω που δεν σπινάρει το αυτοκίνητο βοηθάει η όποια αύξηση ισχύος και ροπής, αλλά πάμε όλα αυτά να τα δούμε πιο πρακτικά, με το παράδειγμα που σας προαναγγείλαμε:

Ένα τρέχον Ibiza Cupra λοιπόν, φουλ εξτρά με οδηγό και ρέστα ζυγίζει 1.250 κιλά. Με την μπροστόβαρη (60% εμπρός ή 0,6) κατανομή του σε κάθε ένα από τους δύο εμπρός κινητήριους τροχούς του, ασκείται κάθετη δύναμη (1.250 x 0,6) / 2 = 375 κιλά ή 3.679Ν. Η μέγιστη δύναμη τριβής που μπορεί να αναπτύξει σε άσφαλτο-γυαλόχαρτο (μ=1) ο κάθε κινητήριος τροχός του για να το επιταχύνει είναι επομένως 1,0 x 3.679 = 3.679Ν. Ο Θεός ο ίδιος να αγοράσει Cupra, ο δρόμος μπορεί να τον σπρώξει μπροστά το πολύ με 3/679Ν. Για απλά καλή άσφαλτο (μ=0,8) η μέγιστη δύναμη τριβής ανα τρόχο προκύπτει 2.943Ν, για γυαλιστερή άσφαλτο (μ=0,6) 2.208Ν, για βρεγμένο οδόστρωμα (μ=0,3) 1.104Ν. Πάμε να δούμε τώρα τι μπορεί να κάνει ο 1.4 TSI κόντρα σε όλες αυτές τις τριβές. Θα μπορέσει να τις υπερκεράσει (σπινάρει) και αν ναι, με ποιες σχέσεις και με ποιες συνθήκες? Ο κινητήρας του αποδίδει μέγιστη ροπή 250Nm, και με αυτά θα πρέπει να παλέψει την τριβή. Με πρώτη στο 7άρι DSG του το Cupra έχει στους εμπρός τροχούς ελκτική δύναμη (θυμίζουμε ελκτική δύναμη = ροπή στο τροχό / ακτίνα τροχού) ίση με 250Νm x 3,5 (σχέση μετάδοσης 1ης) x 4,437 (σχέση μετάδοσης διαφορικού) / 0,604 m (ακτίνα 215/40 R17) = 6.428N. Με απώλειες μετάδοσης 10% πάμε στα 6.428 x 0,9 = 5.785N. Ο κάθε εμπρός τροχός λοιπόν μπορεί να δώσει με 1η ελκτική δύναμη 5.785 / 2 = 2.892Ν. Η τιμή αυτή είναι μικρότερη από τα 3.679Ν τριβής που είδαμε για την άσφαλτο-γυαλόχαρτο, οπότε σε μαμά μορφή σε τέτοιο οδόστρωμα δε σπινάρει το Cuprάκι. Σε απλά καλή άσφαλτο (μέγιστη τριβή 2.943Ν) βρίσκεται στο όριο να σπινάρει, ενώ σε άσφαλτο-γυαλί (μέγιστη τριβή 2.943Ν) σπινάρει φυσικά για πλάκα. Με 2α στο κιβώτιο (σχέση μετάδοσης 2,27), η μέγιστη ελκτική του δύναμη σε κάθε τροχό πέφτει στα 1.877N και επομένως θέλει πολύ σαπούνι άσφαλτο για να σπινάρει, αλλά και πάλι στο βρεγμένο σπάει την πρόσφυση εύκολα. Με 3η στο κιβώτιο (σχέση μετάδοσης 1,53) και ελκτική δύναμη 1.265Ν δε σπινάρει σε καμία άσφαλτο, αλλά και πάλι στο βρεγμένο σπινάρει το πράμα. Πρέπει να κουμπώσει 4η (σχέση μετάδοσης 1,12) για να μη μπορέσει το Cupra μας να σπινάρει στο βρεγμένο (ελκτική δύναμη 925Ν). Κάνοντας τώρα το Cupra 1ο στάδιο, η ελκτική δύναμη θα αυξηθεί ανάλογα: π.χ. στο βρεγμένο με 2α δεν θα έχει κανένα κέρδος γιατί ήδη είχε υπερνικήσει την αντίστοιχη τριβή και με τη μαμά ροπή, εντούτοις π.χ. με 2α σε καλή άσφαλτο θα μπορέσει να εκμεταλλευτεί μεγαλύτερο μέρος της εκεί διαθέσιμης τριβής, αφού θα πλησιάσει η ελκτική του δύναμη τα 2.943N της τριβής αυτού του οδοστρώματος. Πιάστε τώρα το δικό σας αυτοκίνητο, κάντε τους αντίστοιχους υπολογισμούς και δείτε τι κάνετε από το καναπέ σας, χωρίς να κάνετε το βενζινά χαρούμενο (κατά μία έννοια το παρόν Know How θα μπορούσε λοιπόν να ονομαστεί «Σπινάροντας με το Μνημόνιο»...). Σε ένα τετρακίνητο φυσικά, η ροπή του κινητήρα θα διανέμεται σε ελκτική δύναμη τεσσάρων, αντί δύο, τροχών και έτσι αποδεικνύεται και επί χάρτου γιατί αυτό θα σπινάρει δυσκολότερα.

Ότι ξέχασε να πει ο φυσικός του λυκείου

Παρατηρήσατε κάτι στη κουβέντα μας περί τριβής και ελκτικής δύναμης? Πουθενά δεν αναφέραμε κάτι για το μέγεθος της επιφάνειας επαφής του ελαστικού με το οδόστρωμα. Κάναμε όλους του υπολογισμούς βάσει του γνωστού σε όλους τύπου της τριβής που περιέχει μόνο έναν σταθερό συντελεστή και την κάθετη δύναμη που ασκείται και ούτε συζήτηση για το αν όλα αυτά εφαρμόζονται σε λάστιχο «ποδηλάτου» ή σε 335 πίσω ελαστικό μιας Lamborghini. Ωστόσο στη πράξη γενικώς, ξέρουμε ότι ένα φαρδύ λάστιχο και όσον αφορά το στεγνό τουλάχιστον, έχει ισχυρότερη πρόσφυση από ένα στενότερο και πως επίσης, οι κατασκευαστές από το εργοστάσιο όντως όσο αυξάνει η ισχύς επιλέγουν ελαστικά με μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής με το οδόστρωμα. Τι συμβαίνει λοιπόν?

Από πολλές πηγές θα βρείτε τη λανθασμένη αιτιολόγηση ότι μιας και τύπος της τριβής είναι δεδομένος και αναμφισβήτητος,  χωρίς να υπάρχει μέσα του η μεταβλητή της επιφάνειας, ο λόγος που τα φαρδύτερα ελαστικά αναπτύσσουν μεγαλύτερη τριβή οφείλεται στον μεγαλύτερο συντελεστή τριβής τους: πως οι κατασκευαστές στα φαρδιά ελαστικά χρησιμοποιούν καλύτερη γόμα από ότι στα μικρότερα. Κουραφέξαλα, καμία Bridgestone και καμία Pirelli δεν θα πει ότι π.χ. «στα P Zero Nero με φάρδος πέλματος 225 βάζω χειρότερη γόμα από ότι στο ίδιο μοντέλο αλλά με φάρδος 265», δεν την συμφέρει καν από πλευράς κόστους παραγωγής να το κάνει. Τα φαρδύτερα ελαστικά έχουν καλύτερη πρόσφυση, αλλά ο πραγματικός λόγος πίσω από το γεγονός αυτό είναι απλά ότι στη πράξη η επιφάνεια επαφής του ελαστικού παίζει ρόλο και η δύναμη τριβής δεν είναι ανεξάρτητη αυτής. Με άλλα λόγια, η τριβή coulomb που σας έμαθε ο αγαθούλης φυσικός στο σχολείο (και συνέχισε να σας λέει ακόμα και ο προφέσσορας στο πολυτεχνείο) σε αυτό το σημείο... μπάζει. Πιο συγκεκριμένα, η τριβή coulomb ως γενικευμένο μοντέλο του μεγέθους της στατικής τριβής και της τριβής ολίσθησης, κάνει την παραδοχή ότι οι εξωτερικές στρώσεις των ατόμων από την καθεμία από τις δύο επιφάνειες των υλικών που τρίβονται και έρχονται σε επαφή, δεν εφάπτονται πλήρως, αλλά σε μικρό ποσοστό τους. Τα άτομα της τελευταίας στρώσης της κάτω πλευράς του βιβλίου που ακουμπάει στο τραπέζι δηλαδή, δεν είναι όλα σε επαφή με άτομα από το ξύλο. Σύμφωνα με τη τριβή coulomb, αυτή η επιφάνεια επαφής μεγαλώνει σε αναλογία με την κάθετη δύναμη: όσο η κάθετη δύναμη αυξάνεται, μεγαλώνει και η επιφάνεια επαφής και επομένως τη συνολική τριβή την επηρεάζει ως παράμετρος η κάθετη δύναμη μόνο και όχι το εμβαδό της επιφάνειας. Στη πραγματικότητα όμως και ειδικά όσον αφορά τα ελαστικά ως υλικό, η πίεση (= κάθετη δύναμη βάρους διά την επιφάνεια) που ασκείται στο ελαστικό, αποδεικνύεται πειραματικά ότι επηρεάζει το συντελεστή τριβής, ο οποίος κόντρα στη θεωρία της τριβής coulomb δεν είναι σταθερός για δεδομένο συνδυασμό υλικών σε επαφή. Μάλιστα όσο μειώνεται η πίεση που ασκείται στη διεπιφάνεια ελαστικού-οδοστρώματος τόσο αυξάνεται ο συντελεστής τριβής. Για δεδομένο βάρος οχήματος με άλλα λόγια, ένα φαρδύτερο ελαστικό δίνει μεγαλύτερη επιφάνεια, το οποίο σημαίνει μικρότερη ασκούμενη πίεση και τελικά μεγαλύτερο συντελεστή τριβής. Αν ένα αυτοκίνητο με 175άρι φάρδος πέλματος ελαστικού καταφέρνει 0,8 συντελεστή τριβής, το ίδιο όχημα, στο ίδιο οδόστρωμα, με 225 πέλμα ελαστικού, μπορεί να επιτύχει 0,9 ή 1,0 συντελεστή και να κάνει τους θεωρητικούς φυσικούς να σκίζουν τα πτυχία τους. Και αν η τριβή coulomb ως εδώ πέφτει έξω με σχετικά μικρή απόκλιση της τάξεως του 10-20% και γενικώς μας κάνει τη δουλειά μας ως απλούστευση, εκεί που τα κάνει εντελώς θάλασσα είναι στις κολλώδεις επιφάνειες όπως π.χ. είναι μία (σοβαρή...) πίστα dragster.Το μέγεθος της επιφάνειας επαφής με το δρόμο ενός κανονικού ελαστικού, όπως είπαμε, μπορεί να επηρεάζει σε κάποιο ποσοστό τη συνολική τριβή, αλλά σε ένα ελαστικό το οποίο ακουμπάει σε κολλώδες οδόστρωμα , η επιφάνεια είναι το Α και το Ω: η τριβή coulomb δεν μπορεί να μοντελοποιήσει διεπιφάνειες στις οποίες ασκείται έξτρα κατακόρυφη δύναμη, πέραν της κάθετης δύναμης του βάρους, όπως συμβαίνει με τις δυνάμεις συνοχής μίας κόλλας. Δεν μπορείτε να βρείτε μέσω του κλασικού τύπου της τριβής π.χ. την τριβή ολίσθησης ενός κομματιού σελοτέιπ κολλημένου στο τραπέζι, η πραγματική τριβή είναι πολύ μεγαλύτερη από το γινόμενο του βάρους του επί το συντελεστή του πλαστικού υλικού του με το ξύλο. Τώρα καταλαβαίνετε πως γίνεται το πιεσομένο Punto GT σας να γράφει όλη την 3η και τα 10.000 άλογα των Top Fuel να κατεβαίνουν κάτω ασπινάριστα χωρίς κιχ...

Εντριβές τέλος

Αυτά για την ώρα όσον αφορά τη βασική δύναμη αλληλεπίδρασης του τροχού (και επομένως και ολόκληρου του αυτοκινήτου) με το δρόμο, δηλαδή την τριβή. Ελπίζουμε μετά τα παραπάνω, να έχετε ξεκαθαρίσει πλέον στο μυαλό σας ότι η τριβή υπό συνθήκες, όχι μόνο δεν είναι μπελάς, αλλά και πως δεν πάμε βήμα χωρίς τη παρέα της. Υπάρχει και μία άλλη αναπόφευκτη τριβή ωστόσο, που οφείλεται στη φύση του τροχού και η οποία όντως μας τρώει άλογα και κόβει χιλιόμετρα τελικής, αυτή ονομάζεται "τριβή κύλισης" και θα την στίψουμε στο Part V. Τον επόμενο μήνα επίσης, μεταξύ άλλων, θα ξεφύγουμε από την κοντράδικη προσέγγιση «της ευθείας», στην οποία είναι αλήθεια ότι δώσαμε βάρος σήμερα και θα πιάσουμε και την πλευρά των "στροφάκηδων". Επίσης, θα πέσουμε με τα μούτρα σε ένα άλλο κεφάλαιο, το οποίο επίτηδες ως τώρα αφήσαμε στην απ' έξω: τη διαστασιολόγηση των τροχών κατά ύψος, πλάτος και ...βάθος. Μέχρι τότε, δείτε μήπως εκμεταλλευτείτε τις νέες γνώσεις σας επί των τριβών και σε άλλους τομείς, όπως είναι το μασάζ στη καλή σας.