Quale Forza?

Possiamo affermare che la frenata migliore, sia per un motorino sia per un camion, è quella di portare il veicolo verso la condizione di scivolamento, ma senza raggiungerla (in pratica provocare tra il pneumatico del veicolo in questione e il terreno dove scorre un attrito radente di tipo statico).

La forza d’attrito può variare dal tipo di terreno (asfalto, sterrato) e dalle condizioni atmosferiche (pioggia, neve, ghiaccio e, in condizioni ottimali, "sole").

Oltre a questi fattori, la forza d’attrito, può variare anche in base delle condizioni dei pneumatici e dalla loro grandezza, non a caso esistono vari tipi di pneumatici che, con l’aumentare delle dimensioni e delle resistenze, variano di prezzo.

Per calcolare la forza di attrito esiste una formula:

dove "K" è uguale al coefficiente di attrito e "P" è il peso.

La forza di attrito per una macchina di massa 1000 Kg, con coefficiente 0.4 e 0.5, è di (10000 * 0.4) = 4000 N e (10000 * 0.5) = 5000 N.

Per calcolare il tempo è utile avere il coefficiente di attrito che c’è tra il pneumatico e il terreno (tra un asfalto asciutto e un pneumatico in condizioni ottimali è 0.5, mentre con lo stesso pneumatico ma con asfalto bagnato il coefficiente scende a un valore di 0.4), la massa del veicolo e la sua velocità.

Per fare un esempio calcoleremo il tempo che impiega un automobile di massa 1000 Kg che viaggia a una velocità di 50 Km/h (su asfalto asciutto e bagnato) e 100 Km/h (su asfalto asciutto e bagnato).

Per risolvere questo problema useremo la seguente equazione:

Dove "F" è la forza di attrito, "D t" è il tempo, "m" è la massa e "D v" è la variazione della velocità.

I risultati sono stati i seguenti, per coefficiente 0.5 abbiamo rilevato 2.76 s (a 50 Km/h) e 5.54 s (a 100 Km/h); mentre per il coefficiente 0.4 abbiamo rilevato 3.45 s (a 50 Km/h) e 6.92 s (a 100Km/h). I tempi appena calcolati sono imprecisi perché bisognerebbe tenere conto del surriscaldamento dei freni che porta una diminuzione dell'efficienza e, quindi, un aumento del tempo di frenata.

Ai tempi che abbiamo calcolato, dovremo aggiungere il valore del tempo di reazione, durante il quale il veicolo continua a muoversi senza rallentare; questa reazione varia da persona a persona ed è quel tempo che impiega il conducente a incominciare a frenare da quando ha visto l'ostacolo.

Per calcolare la distanza che percorre un veicolo prima di fermarsi occorre la seguente equazione:

dove "F" è la forza frenante, "s" è lo spazio, "m" è la massa dell'auto e "v" è la velocità a cui si muove il veicolo.

Per fare un esempio, calcoleremo lo spazio di frenata sempre di una macchina di 1000 Kg che viaggia a velocità di 50 e 100 Km/h, sia su asfalto asciutto sia su bagnato.

I dati ricavati sono stati i seguenti:

• ASCIUTTO: 33.2 m (a 50 km/h); 105.08 m (a 100 Km/h)
• BAGNATO: 57.35 m (a 50 Km/h); 124.4 m (a 100 km/ h)

Dai dati ricavati si può notare che il cambiamento di condizioni atmosferiche influisce molto, più di 20 m per entrambi i casi di velocità. L'errore citato nel punto precedente (surriscaldamento dei freni) influisce anche in questo caso .

Quando un veicolo in movimento viene frenato fino a fermarsi, tutta la sua Energia Cinetica deve essere trasformata in calore per mezzo del lavoro della forza frenante.

Per fare un esempio, consideriamo la stessa auto di prima e utilizziamo la seguente equazione:

dove "F" è la forza frenante, "s" è lo spazio percorso, "m" è la massa dell'auto e "v" è la sua velocità a cui si muove il veicolo.

Con una velocità di 50 Km/h e coefficiente di attrito di 0.4 il lavoro della forza frenante, per fermare il veicolo di 1000 Kg, è 312.5 J; a una velocità di 100 Km/h e lo stesso coefficiente d'attrito il suo valore aumenta fino 1250 J;

Con la velocità di 50 Km/h e il coefficiente d'attrito 0.5 il lavoro della forza frenante è di 250 J; con lo stesso coefficiente d'attrito ma a velocità diversa, 100 Km/h, il lavoro è di 1000 J.

Da questi calcoli abbiamo potuto constatare che per dimezzare la velocità dell’auto, occorre disperdere il 75% della sua Energia Cinetica iniziale; per disperderla si utilizzano i freni che la trasformano in calore.

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