Secondo il fisico Giuliano Toraldo di Francia, la nostra sensazione della velocità non è ancora interiorizzata dall'esperienza. Di fronte ad un burrone, quando siamo su un terrazzo o più semplicemente in piedi su un tavolo, ci rendiamo conto iituitivamente dei danni che ci può provocare un'eventuale caduta, al contrario, correre in automobile comporta per molti una sensazione piacevole e nulla ci rammenta le gravi conseguenze di un brusco arresto.

La descrizione del movimento sarà il primo passo per comprendere il comportamento della nostra automobile ed imparare a padroneggiarlo con sicurezza.

tempo e velocità
Il tempo necessario per compiere un determinato percorso dipende dalla velocità media tenuta secondo la formula:

t = s/v

Quindi raddoppiando la velocità il tempo si dimezza, si potrebbe quindi pensare che un ulteriore aumento della velocità comporterebbe un corrispondente risparmio di tempo.

Questo è senz'altro vero, però se guardiamo il grafico a fianco, dove sono riportati i tempi di percorrenza in funzione della velocità media per diverse distanze, notiamo che, oltre una certa velocità il risparmio diventa insignificante, dato che le curve tendono ad un andamento orizzontale, quindi per avere sensibili variazioni del tempo, sono necessari notevoli incrementi della velocità a discapito della sicurezza.

il sorpasso

Si tratta di una manovra impegnativa, da non effettuarsi con superficialità, senza aver prima valutato la velocità del veicolo da sorpassare. Infatti il tempo necessario è inversamente proporzionale alla differenza di velocità fra i due veicoli, lo spazio impegnato aumenta invece con la velocità del mezzo in sorpasso. Vediamo come è possibile calcolare lo spazio necessario alla manovra:

 Fig. 1

Il sorpasso comincia quando l'auto A si trova alla distanza D dal veicolo da superare (Fig. 1) e finisce quando si troverà davanti ad esso. Per semplicità supponiamo che, quando il veicolo A è rientrato, la distanza che separa i due mezzi sia ancora D. (Fig. 2)

 Fig. 2

Posta l'origine delle distanze O coincidente col muso dell'auto A, la distanza percorsa s è data dalla formula:

s = V_At

Quello che può ingannare l'automobilista è proprio la percezione di questo tempo. Infatti è inversamente proporzionale alla differenza delle velocità DV secondo la formula:

t = (L_A + L_B + 2D)/ DV

spazio necessario al sorpasso [m]      (LA = LB = D = 5 m)
VB [km/h]	VA [km/h]
	150	140	130	120	110	100	90	80	70	60	50	40	30	20	10
0	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20
10	21	22	22	22	22	22	23	23	23	24	25	27	30	40
20	23	23	24	24	24	25	26	27	28	30	33	40	60
30	25	25	26	27	28	29	30	32	35	40	50	80
40	27	28	29	30	31	33	36	40	47	60	100
50	30	31	33	34	37	40	45	53	70	120
60	33	35	37	40	44	50	60	80	140
70	38	40	43	48	55	67	90	160
80	43	47	52	60	73	100	180
90	50	56	65	80	110	200
100	60	70	87	120	220
110	75	93	130	240
120	100	140	260
130	150	280
140	300

Particolare attenzione è poi necessaria durante la manovra di rientro, poichè in questo momento la velocità del veicolo non è diretta lungo l'asse della strada ma ha una componente perpendicolare, se la manovra è troppo brusca si rischia così di tagliare la strada al veicolo appena sorpassato, è buona norma rientrare solo quando il veicolo sorpassato è visto nel proprio specchietto retrovisore.

I produttori di una lussuosa automobile si vantavano che: L'unico rumore che sentite sulle nostre vetture è quello delle gomme sulla strada, ma le strade non le facciamo noi. Questo significa che possiamo avere l'automobile più perfezionata che esista, ma dovremo sempre fare i conti con l'ambiente esterno. Come vedremo l'anello debole è proprio il contatto col suolo.

finalmente si parte
Saliamo sulla nostra auto, accendiamo il motore, innestiamo la marcia e partiamo. Sembra tutto banale, eppure si tratta di una manovra delicata. Innanzi tutto bisogna rispettare le esigenze del motore, un regime di rotazione troppo basso ed un brusco rilascio della frizione ne possono provocare lo spegnimento. Supponiamo di aver fatto le cose per bene e vediamo che cosa succede.
Al rilascio della frizione, il motore trasmette una coppia alle ruote motrici, che si traduce nella forza F_m, il suo valore dipende dalla potenza del veicolo, ma è inevitabilmente limitata dal coefficiente di aderenza ruota - strada e dall'assetto del veicolo.

F _m = m_a R_a

Sviluppando i calcoli si ottiene per l'accelerazione il valore massimo, per un veicolo a trazione anteriore:

Dove m_v è il coefficiente d'attrito volvente.
Il momento dovuto alla forza d'inerzia tende ad alleggerire l'avantreno, questo limita la possibilità di scaricare la potenza, se si cerca di applicare una forza superiore a quella consentita dal coefficiente di aderenza, la ruota comincia a slittare, diminuento ulteriormente la forza trasmessa, dato che il coefficiente di aderenza dinamico è inferiore a quello statico. Anche un avanzato sistema antipattinamento non può migliorare questo valore, ma soltanto consentire l'applicazione della forza massima. Non per niente le migliori auto sportive e da competizione hanno la trazione posteriore che consente di applicare forze maggiori, dato che, per effetto del momento dovuto alla forza d'inerzia, sono caricate maggiormente le ruote motrici.

mettiamoci comodi
Analizziamo adesso le forze agenti su un'automobile che si muove a velocità costante su strada piana.
Lungo la direzione verticale abbiamo il peso proprio del veicolo P, diretto verso il basso ed applicato nel baricentro, e le reazioni del terreno sulle ruote R_a R_p, verso l'alto. In direzione orizzontale abbiamo la resistenza all'avanzamento dovuta all'attrito volvente F_V e la resistenza dell'aria F_a, complessivamente le resistenze sono bilanciate dalla spinta generata dal propulsore sulle ruote motrici F_m.
Per l'equilibrio alla traslazione possiamo scrivere:

R_a + R_p = P
F_v + F_a = F_m

Poichè le direzioni delle forze opposte sono distinte, il veicolo è anche soggetto a due momenti, uguali ed opposti, uno dovuto alla resistenza F_a ed alla forza F_m che tenderebbe a far impennare la macchina, e l'altro dovuto alle reazioni sulle ruote ed al peso del mezzo. Come conseguenza si ha un maggior carico sulle ruote posteriori, con il conseguente alleggerimento dell'avantreno, rispetto a quando l'automobile è ferma. La resistenza dell'aria è proporzionale al quadrato della velocità ed è trascurabile fino a circa 80 km/h.


attenti alla curva

Nell'affrontare una curva l'automobile è soggetta ad un complesso di forze che ne modifica la direzione di marcia. Supponendo di percorrere la curva a velocità costante, la risultante delle forze applicate corrisponde alla forza centripeta Fc = mac      con      ac = V2/R nasce anch'essa dal contatto ruota - strada ed è limitata dal coefficiente di aderenza Fc = ma P

Per un pneumatico normale ma < 1, quindi ac < g, la velocità massima con cui si può affrontare una curva dipende dal raggio di curvatura e dalle condizioni di aderenza. La situazione peggiora se si preme il pedale del freno, dato che l'azione fa aumentare la risultante delle forze scambiate tra ruota e strada, rischiando di superare il valore massimo consentito dal coefficiente di aderenza. La presenza della forza d'inerzia mac crea un momento che tende a ribaltare il veicolo e che provoca un maggior carico sulle ruote esterne. Quindi un baricentro basso garantisce una maggiore stabilità.

è ora di fermarsi
Da un punto di vista fisiologico si può affermare che la velocità, per quanto elevata, non ha nessun effetto sul nostro organismo, i danni sono causati dalle forti accelerazioni. Allo stesso modo potremmo dire che non è l'altezza di caduta che è pericolosa, ma il brusco atterraggio. Niente di più vero, infatti anche in questo caso abbiamo a che fare con forti accelerazioni.
Però queste intervengono quando ci sono grandi variazioni di velocità in tempi molto brevi (urti). In condizioni normali un veicolo si arresta grazie alla forza frenante:

F _F = m_aP

La decelerazione massima quindi sarà: dmax = ma g. Lo spazio di frenata deve tenere conto anche del tempo di reazione dell'automobilista, cioè del tempo che intercorre dal momento in cui viene percepito il pericolo a quando il veicolo comincia effettivamente a frenare. Lo spazio complessivo d'arresto minimo risulta essere:

Nel grafico in alto si leggono gli spazi d'arresto per un coefficiente di aderenza pari a 0,7 ed un tempo di reazione di un secondo. Le condizioni peggiorano in caso di asfalto bagnato, gelo o neve a causa della drastica diminuzione del coefficiente di aderenza.