Una volta individuate le nozioni di base, e la loro applicazione specifica in campo automobilistico, passiamo ad una riflessione, con lo scopo di applicare quanto è già stato visto, non solo per una maggiore comprensione del mezzo, ma anche per una ulteriore ricerca migliorativa.

4.1 viaggiare sicuri

l'urto
Si tratta di un evento alquanto traumatico a causa delle forti accelerazioni in gioco.

Le case automobilistiche e gli appositi centri di sperimentazione e collaudo, effettuano prove molto severe per verificare il comportamento delle autovetture in caso di urto violento.
Nel filmato a sinistra si vede una di queste prove. Secondo le norme Euro NCAP, in una di queste prove, la vettura è lanciata frontalmente contro un ostacolo deformabile, che copre il 40% del muso, alla velocità di 56 km/h.
Per la sicurezza degli occupanti, l'automobile deve avere una struttura con un comportamento differenziato in caso di urto.

velocità [km/h]	accelerazione [m/s²]	a/g
10	23	2,3
20	46	4,7
30	69	7,0
40	91	9,3
50	114	11
60	137	14
70	160	16
80	183	19
90	206	21
100	229	23

L'immagine a lato mostra l'automobile testata nell'attimo prima dell'impatto, nell'immagine successiva vediamo ciò che ne resta subito dopo. Come si può notare. l'automobile ha subito la completa deformazione dell'avantreno, mentre l'abitacolo è rimasto relativamente intatto, salvaguardando l'incolumità degli occupanti.
È importante sottolineare che, anche se l'abitacolo non subisce grosse deformazioni, questo non significa che per i passeggeri non ci saranno danni in caso di urto. Infatti, durante l'urto, l'automobile riduce a zero la sua velocità in un tempo molto breve, ed in uno spazio pari alla sua deformazione.
L'accelerazione media, durante l'arresto, si può calcolare con la formula:

a = V²/2DL

dove DL corrisponde alla deformazione dell'avantreno subita dal veicolo a causa dell'urto.
La tabella riporta indicativamente le accelerazioni in gioco supponendo una forza deformante proporzionale alla deformazione stessa, valutata di circa un metro per la velocità del test; la terza colonna confronta questa accelerazione con l'accelerazione di gravità g.
Da essa si nota che un urto, anche a bassa velocità, può causare già qualche conseguenza, e ci sono ben poche possibilità di salvarsi se l'urto avviene ad oltre 50 km/h, qualora non ci sia stata una frenata precedente.
Il nostro organismo è in grado di sopportare, senza conseguenze un'accelerazione circa doppia a quella di gravità fino ad un massimo di quattro, cinque volte g. Oltre questi valori anche i sistemi di sicurezza passiva (cinture e airbag) diventano inutili, poichè si avrebbero comunque lesioni interne.

L'airbag ha la funzione di evitare l'impatto violento contro le strutture rigide del veicolo, ma diventa pericoloso se entra in funzione quando non sono allacciate le cinture di sicurezza, a causa del suo rapido intervento. La cintura stessa, durante l'urto, viene sollecitata da grandi forze, necessarie per mantenere gli occupanti del veicolo aderenti allo schienale dei sedili. Per una persona di massa 70 kg, in un urto a 50 km/h, possono raggiungere i 6500 N.
Un dispositivo di sicurezza attivo come l'ABS poco può fare in caso di urto, se non rendere più efficace l'eventuale frenata, evitando il bloccaggio delle ruote, senza però diminuire gli spazi di frenata. Da sottolineare inoltre l'inutilità del dispositivo in caso di ghiaia, neve fresca o fango, dove l'azione frenante maggiore è data dall'accumulo di materiale davanti alla ruote bloccate, che ostacola l'avanzamento (se le ruote non si bloccano il materiale non si accumula e la frenata avviene come se ci fosse un basso coefficiente di aderenza).
In condizioni di scarsa visibilità, traffico intenso, pessime condizioni del manto stradale, è quindi imperativo moderare la velocità per diminuire a valori di sicurezza gli spazi d'arresto.
Si rammenta inoltre che una frenata in condizioni estreme, anche se evita, il peggio, non è certo un'esperienza piacevole!

le curve
Affrontare una curva con gli adeguati margini di sicurezza significa essere sufficientemente lontani da quei valori dell'accelerazione centripeta massima possibile dalle condizioni del terreno e delle gomme.

raggio [m]	velocità [km/h]
10	16
50	36
100	51
200	72
300	88
400	102
500	114
600	125
700	135
800	144

La tabella riporta i valori massimi di velocità consigliati per affrontare la curva in piena sicurezza, in funzione del raggio di curvatura, l'accelerazione prevista è di circa 2 m/s², corrispondente ad un coefficiente di aderenza pari a 0,2.
Questo valore potrebbe sembrare basso, tenendo conto che, con gomme in buone condizioni ed asfalto asciutto, si arriva anche a 0,75. La limitazione è necessaria perchè bisogna tener conto anche delle altre forze eventualmente scambiate fra ruota e terreno e della possibilità di frenare senza pericolo in caso di emergenza.

guidare in montagna
Guidare in montagna significa affrontare un percorso su strade strette, con molte curve e forti pendenze.
Mentre la marcia in salita non presenta grandi problemi di sicurezza (basta moderare la velocità in caso di dossi, a causa della scarsa visibilità), particolari accorgimenti devono essere presi quando si percorrono lunghe discese.

Durante la discesa il veicolo acquista velocità a causa della componente:

F₌ = P sena

parallela al suolo. Inoltre diminuisce anche la forza scambiata tra ruota e strada, poichè è proporzionale alla forza

F_| = P cosa

Questo fatto limita la pendenza massima superabile (anche in salita) al valore:

a_max = arctg m_a

Considerando, per sicurezza, un coefficiente di aderenza di 0,3, ne risulta una pendenza massima del 30%, corrispondente ad un angolo di circa 17°.
Per evitare un pericoloso aumento di velocità, è indispensabile frenare la corsa del veicolo. Ciò si può fare in due modi:

agire sul pedale del freno quel tanto che basta a creare una forza contraria al moto sufficiente a stabilizzare la velocità: è un metodo comodo e semplice, che si può usare per brevi tratti; infatti, in questo caso, l'energia gravitazionale viene smaltita come energia termica nei freni stessi, con notevoli aumenti della temperatura che possono portare a pericolose avarie dell'impianto frenante
sfruttare le caratteristiche particolari del motore facendolo girare con un rendimento negativo: è molto più sicuro, in queste condizioni il motore ha sempre un certo consumo di carburante ma necessita altra energia (fornita dal campo gravitazionale) per poter funzionare. Il sistema, per essere efficace, richiede l'uso di marce sufficientemente basse, in caso di forti pendenze potrebbe comunque essere necessario agire anche sul freno.
Attenzione che con un'auto con motore diesel, l'azione frenante del motore è meno efficace, a causa dell'alta coppia del motore anche a bassi regimi di rotazione.
Assolutamente da evitare la marcia in discesa con motore spento o veicolo in folle, in questo caso solo i freni ci possono aiutare; da evitare anche la situazione con motore spento e cambio inserito, poichè, una volta riacceso, il motore potrebbe subire gravi danni a causa della presenza di una quantità eccessiva di carburante nella camera di combustione.

4.2 spendere meno

I costi per la gestione di un'automobile sono molteplici e non si limitano al solo acquisto del carburante. Per una corretta valutazione dovremo tenere conto di tutti i materiali di consumo, delle parti soggette ad usura che vanno sostituite periodicamente, di eventuali guasti e relative riparazioni, dell'ammortamento, nonchè delle spese, che potremmo definire di amministrazione, come assicurazione, tasse automobilistiche, pedaggi autostradali, ecc.

risparmiare benzina
Se ben poco si può fare con le spese amministrative, una corretta condotta di guida ci consente di ridurre sensibilmente il consumo di carburante.
Come abbiamo visto il motore converte parte dell'energia termica prodotta dalla combustione in energia meccanica utile all'avanzamento. Da un punto di vista energetico, questa energia meccanica serve a vincere gli attriti ed a fornire al veicolo l'energia cinetica che possiede durante la marcia.
Per la riduzione degli attriti, è necessario che la vettura sia in buone condizioni, con le gomme in buono stato e gonfiate alla giusta pressione (una pressione maggiore diminuisce il coefficiente di aderenza, a danno della sicurezza, mentre una pressione inferiore provoca maggiori attriti ed una durata inferiore delle gomme). Da evitare anche qualsiasi cosa che possa peggiorare l'aerodinamicità del mezzo, soprattutto nella marcia ad alta velocità, non bisogna inoltre usare inutilmente gli accessori che richiedono consistenti quote di potenza, come per esempio il condizionatore.

Per limitare il consumo di carburante bisogna analizzare più a fondo il comportamento del motore.
Per esempio, nel grafico a fianco, vediamo come cambia il rendimento di un motore a ciclo otto, in funzione del regime di rotazione.
Il rendimento all'albero si ottiene come prodotto dei tre termini:

h = h₀ h_Qi h_lim

h₀ è detto rendimento organico e tiene conto delle perdite meccaniche dovute alle forze d'inerzia, come si vede dal grafico, cala fortemente all'aumentare della velocità di rotazione.
h_Qi è il rendimento termodinamico, che tiene conto degli scambi termici e dei trafilamenti, aumenta all'aumentare del numero di giri.

h_lim è detto rendimento limite, corrisponde al rendimo massimo che avrebbe il motore tenendo conto che il ciclo è svolto da un fluido reale, è costante e dipende dalle caratteristiche costruttive del motore. Come si vede dal grafico il rendimento ha un massimo per un determinato numero di giri, il minor consumo si ottiene pertanto alle corrispondenti velocità in relazione alla marcia innestata.

risparmiare la macchina
La condotta di guida influisce in generale su tutto il nostro veicolo. Ad esempio, evitando brusche frenate all'ultimo momento, dissipando così l'energia cinetica del veicolo tutta nei freni, invece di lasciare che l'auto rallenti progressivamente per l'azione degli attriti, si getta al vento l'energia cinetica che possedeva la nostra vettura, la differenza si sente soprattutto in città dove le fermate sono frequenti, basti pensare che un'auto, alla velocità di 50 km/h, possiede un'energia cinetica di 100.000 J, energia sufficiente a percorrere circa 1 km di strada!.
Una guida fluida, priva di forti sollecitazioni, limita in qualche modo l'usura degli organi meccanici consentendo di risparmiare sulla manutenzione e di prevenire eventuali guasti.
Allo stesso modo, un'azione moderata sul pedale dell'acceleratore, evitando di raggiungere alti regimi, nonchè una particolare cura a motore freddo, sono gli ingredienti per conservarlo il più a lungo possibile.

4.3 viaggiare comodi

Sicurezza e risparmio sono un'ottima cosa, però un viaggio, soprattutto se lungo, deve essere anche confortevole.

accelerazione e frenata
Quando l'automobile subisce una variazione di velocità, i suoi occupanti percepiscono una forza che tende a spostarli dalla loro posizione. Il fenomeno è dovuto alle forze d'inerzia, i passeggeri, per il principio di Galileo, tenderebbero a proseguire con moto rettilineo uniforme, la struttura stessa della vettura ci comunica le forze necessarie al cambiamento di velocità, calcolabili con il secondo principio della dinamica:

F = ma

Le accelerazioni in gioco sono le stesse che sente la vettura, per una guida confortevole è consigliabile non superare l'accelerazione di 1 m/s².
Un interessante indice del comfort di un'autovettura è il così detto jerk, che corrisponde alla variazione dell'accelerazione riferita al tempo:

j =da/dt

Si misura in m/s³, per avere una guida confortevole il suo valore deve essere basso, ovvero le accelerazioni e quindi le forze applicate, devono variare lentamente per evitare sensazioni sgradevoli.

le vibrazioni e gli scossoni
La marcia su terreno accidentato risulta molto scomoda a causa delle sollecitazioni periodiche a cui si è sottoposti. Lo studio del comportamento di un'automobile in questa situazione è molto complesso ed influenzato da molti parametri.
La figura rappresenta il modello dinamico di un'automobile, la massa M dell'automobile appoggia sulle ruote per mezzo delle sospensioni di costante elastica k₂ e con un coefficiente di smorzamento c. A sua volta la ruota, di massa m, è a contatto del terreno per mezzo del pneumatico che si suppone, per semplicità, perfettamente elastico e di costante elastica k₁.
Le sollecitazioni sono simulate da un profilo stradale di forma sinusoidale con lunghezza d'onda l ed ampiezza h.
Per un buon comfort è molto importante stabilire un corretto valore del coefficiente di smorzamento c. La sua determinazione dipende dai coefficienti di elasticità k secondo una formula proposta da B. de Carbon.
La risposta del veicolo dipende dalla sua velocità, il grafico a sinistra rappresenta lo spostamento massimo, verticale della ruota, riferito all'ampiezza h. I parametri utilizzati hanno i seguenti valori:
automobile fuoristrada
M [kg] 1000 2000
m [kg] 10 20
k₁ [N/m] 250.000 600.000
k₂ [N/m] 20.000 60.000
c [kg/s] 3.400 8.500

Il secondo grafico rappresenta invece gli spostamenti della scocca. Le due curve di ogni grafico rappresentano il comportamento di una normale autovettura e di un veicolo fuoristrada. Per entrambi si è supposto una sollecitazione di lunghezza d'onda l = 0,4 m. Come si può notare, per entrambi i veicoli esiste un picco attorno ai 40 km/h, a questa velocità i veicoli diventano ingovernabili, a causa del distacco del pneumatico dalla sede stradale.

Per basse velocità invece, vediamo che le ruote rimangono aderenti al terreno, mentre l'abitacolo cerca di seguire l'andamento del terreno provocandoci fastidiosi scossoni.