Pneus… Pneus… e… Pneus !!!

Pneus… Pneus… e… Pneus !!! 

Nesse novo texto da nossa seção “Cotidiano” vamos falar sobre pneus! Você sabe porque um pneu derrapa? porque “cantamos pneu” ao entrarmos muito rápido em uma curva ou damos uma arrancada? Você já se perguntou porque os pneus dos carros de formula 1 são mais grossos do que de um carro normal se agente aprende que a força de atrito independe da área? Esperamos que ao terminar de ler esse texto essas e muitas outras dúvidas sejam esclarecidas. 

Direção da força de atrito  

A função do pneu é transmitir a força do motor para a estrada, guiando, acelerando e freando o carro.

pneu1

O funcionamento do pneu está diretamente relacionado à força de atrito. O princípio básico é bastante simples: olhando para o pneu ai do lado esquerdo, se quisermos acelerar o carro (para a direita) o motor do carro transmite para o eixo da roda um impulso para girar a roda no sentido horário (seta azul da figura), com isso o pneu “empurra” o chão para trás (seta branca) e este, de acordo com a terceira lei de Newton, empurra o pneu (e conseqüentemente o carro) para frente (seta vermelha).

O mecanismo de freio do carro funciona exatamente em oposição ao que acabamos de ver: ao pisarmos no pedal do freio, o carro tenta bloquear cada vez mais o giro da roda, tentando faze-la parar de girar. Ao bloquearmos a roda, ela passará a empurrar o chão para frente, e este, por sua vez, empurrará o carro para trás, diminuindo a sua velocidade.

Podemos agora falar o porquê de “cantarmos” o pneu numa freada ou acelerada brusca.

Como sabemos, existem dois tipos de atrito: o estático e o cinético (também chamado de dinâmico). A força vai surgir para dar uma aceleração ao carro. Esta pode ser de 3 tipos: primeiro quando queremos acelerar o carro, depois quando estamos freando e por último quando estamos realizando uma curva. Em qualquer um desses casos a aceleração que o carro recebe é devida à força de atrito.

Ocorre que a força de atrito estático tem um valor máximo (o conhecido atrito de destaque) e ao tentarmos imprimir ao carro uma aceleração que corresponda a uma força maior do que esse limite o pneu não consegue se manter firme na estrada e derrapa, passando da situação de atrito estático (estável) para a situação de atrito cinético (carro cantando pneu).

ferrarif1Carro realizando uma curva. 

Neste caso, como ilustrado na foto ao lado, o atrito está na direção do centro da curva (para a direita), dependendo da velocidade com que o carro esteja realizando essa curva pode ser o atrito estático ou cinético (carro derrapando). 

Um outro fato interessante para se observar da força de atrito nas rodas de um carro é que, na maioria das vezes os carros não têm tração nas 4 rodas, e sim em apenas duas.

Obs.: Ter tração em uma roda significa que o motor está ligado a esta roda, quando isso não ocorre a roda apenas acompanha o movimento do carro, sem contribuir para que ele acelere.

Na figura abaixo ilustramos um carro que tem apenas tração nas rodas traseiras acelerando (para a direita). Em branco temos a força que a roda exerce no asfalto e em vermelho a reação dessas forças, que agem no carro.

ferrari

 Na roda traseira, que está impulsionando o carro, o motor faz um torque no sentido horário, fazendo com que a roda empurre o chão para trás e o carro seja empurrado para frente. Na roda dianteira o motor não causa torque nenhum (já que não há tração nessa roda) e por conta disso, pelo fato de o carro estar se deslocando para a direita, o chão empurra a roda para a esquerda, e esta, por sua vez, empurra o chão para a direita.

É importante observar que a força que a roda tracionada faz é maior do que a feita pela roda não tracionada, caso contrário o carro não estaria acelerando.

Fatores que influenciam no atrito.

Agora vamos mudar um pouco de assunto e falar do valor da força de atrito. Todos sabemos que a força de atrito estático é dada por: , onde a igualdade vale no limite de derrapar (força de atrito de destaque) enquanto que a força de atrito cinético é dada por: . Se quisermos fazer com que o carro consiga ter grandes acelerações sem derrapar, precisamos fazer com que a força de atrito de destaque seja grande.

Isso pode ser feito controlando-se dois fatores: 

•  O coeficiente de atrito:

O coeficiente de atrito depende dos tipos de superfícies que estão sendo atritadas. Com relação ao material do pneu a cada dia que passa a ciência automobilística inventa novos compostos e diferentes tipos de borrachas que por um lado consigam aderir bem a pista e por outro lado sejam mais resistentes e desgastem menos com o uso. O clima (seco ou molhado) e a temperatura da pista também influenciam na aderência e no desgaste dos pneus. 

•  A força normal:

Em primeira análise a força normal deveria ser sempre igual ao peso do carro. Seria realmente assim se não houvesse o ar. Carros mais velozes utilizam a força do ar para mexer com a normal e fazer com que o carro fique mais aderido à pista. Isso se dá através dos famosos aerofólios.

O aumento da força normal com a ajuda do vento, que prende o carro ao solo, por um lado ajuda a grudar o carro no chão, fazendo com que o carro fique mais estável, por outro lado não se pode aumentar muito a normal pois o atrito maior também faz com que mais energia seja dissipada e o rendimento caia. 

Espessura do pneu

pneu2

Depois de ter lido esse texto até esse ponto, em particular a ultima parte onde falamos dos fatores que influenciam no valor da força de atrito você pode estar se perguntando: e a espessura do pneu, ela não contribui para aumentar o atrito? Se não fosse assim então por que o pneu do meu fusquinha não tem a mesma espessura do pneu da Ferrari de Rubinho? 

Vamos dar um exemplo bem simples para mostrar porque o atrito realmente independe da área de contato: Pensemos num bloco deslizando sobre uma mesa: a força de atrito como sabemos é dada por . Se agora dividirmos esse bloco em duas partes idênticas, cada uma receberá metade do atrito (pois a normal que nesse caso é igual ao peso foi dividida entre os dois blocos). Com isso a força em cada metade vale F/2 e a força total continua valendo F.

O que muda ao aumentarmos a superfície de contato é a pressão exercida pelo pneu no solo. Se quisermos passear nas dunas de Natal, por exemplo, é melhor andarmos num buggue que tenha pneus largos, pois, como a área é grande e a pressão é pequena (o peso do carro distribuído em uma área maior faz uma pressão menor), as chances de afundarmos na areia diminuem.

Em resumo: se aumentarmos a área do pneu não mudamos a normal total exercida no carro nem o coeficiente de atrito, o que faz com que a força de atrito seja a mesma independente da área do pneu.

Mas… e porque que o pneu do carro de Rubinho continua sendo mais grosso do que o do meu fusquinha? Será que os engenheiros da Ferrari não estudaram física com Wendel?

Bem, é verdade que provavelmente eles não tenham estudado física com Wendel, mas o fato é que os pneus largos tem uma grande importância na Fórmula 1 e em carros de alto desempenho. Como a velocidade desses carros é alta, o desgaste dos pneus também, essa é a causa da grande espessura dos pneus de carros rápidos. Ao aumentarmos a espessura dos pneus estamos distribuindo esse desgaste em uma área maior, minimizando os seus efeitos.

Se os pneus dos carros de fórmula 1 tivessem a mesma espessura dos de um carro normal eles precisariam parar nos boxes muito mais vezes. 

Assista: 

 

 

Após essas informações, responda: 

1. Por que os pneus dos carros de fórmula 1 são mais grossos do que de um carro normal se você aprendeu que a força de atrito independe da área? 

2. Quais a consequências de um pneu mal calibrado nos veículos? 

3. Pneus novos na frente ou atrás? Justifique. 

4. Pra que serve as ranhuras nos pneus? Por que na fórmula 1 os pneus são lisos em pista seca? 

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4 Respostas

  1. 1) Os pneus largos são bons para correr com mais velocidade porque todo pneu desgastae se ele for largo vai demorar para desgastar, e a pessoa não precisará trocá-lo sempre, poupando assim o tempo do piloto.

    2) O pneu não calibrado pode estourar, e terá dificuldade para fazer curvas.

    3) A roda de trás, pois o carro tem tração nas rodas traseiras e exerce grande força sobre o asfalto. A roda traseira empurra o chão para trás com maior chance de desgastá-la.

    4) Se chover os pneus com ranhuras seguram melhor no asfalto e evitam que aconteça acidentes. Os pneus lisos não encaixam no asfalto e correm com mais rápido.

  2. Respostas:

    1- Os pneus mais grossos possuem uma área de contato com a superfície maior do que os pneus normais, com isso, o desgaste que ocorre no pneu grosso é muito menor, pois, sendo sua área maior, o desgaste é mais distribuído evitando que seja necessária a troca constante de pneus durante uma corrida e pelo atrito não interferir, é uma ótima opção para carros que utilizam velocidades altas.

    2- Além de colocar em risco a vida do motorista e dos passageiros, faz com que o consumo de combustível seja muito maior. Quando o pneu está calibrado errado, ele pode diminuir consideravelmente a estabilidade do carro, fazendo com que o risco de derrapagens seja muito maior e aumentar o atrito com a superfície, aumentando assim o consumo de combustível.

    3- Na traseira. Os pneus traseiros devem ser sempre os mais novos, pois é onde mais necessita de aderência com a superfície. Como exemplo, quando um carro está realizando uma curva, os pneus traseiros são os que possuem menos interação com o solo com isso, a chance de se perder o controle da traseira é muito maior.

    4- As ranhuras dos pneus servem para garantir a aderência com a pista, ou seja, não deixar que o carro derrape tão facilmente. Elas se encaixam com o asfalto permitindo maior estabilidade. No caso da formula 1, os pneus lisos são usados em pista seca para que seja possível os carros atingirem uma velocidade maior, ou seja, por não possuírem ranhuras, o atrito será menor.
    Em pista molhada é usado o com ranhuras para evitar acidentes.

  3. 1) Os pneus de Formula 1 são mais grossos que os de carros normais, pois a área de desgaste será maior,por tanto mais distribuida e os pilotos param menos nos boxes.

    2) Um pneu mal calibrado pode causar sérios danos,pois ele pode estourar e pode não realizar uma curva corretamente.

    3)É sempre bom manter os pneus da frente e de tras em boas condições,porem deve se ter um cuidado especial com o traseiros,pois são eles que se desgastam mais.

    4)As ranhuras dos pneus servem de atrito em pistas molhadas,pois sem aquelas rachaduras o pneus deslisaria desgovernadamente.Os pneus de formula 1 em pista secas são lisos,pois terão menos atrito com o solo e isso causará uma velocidade maior.

  4. 1-Os pneus de formula 1 são mas grossos para dar mas aderência e estabilidade no solo,e sua área de desgaste e maior pois esta mas distribuída diferente de um pneu comum que sua área e menos e faz com que ele gaste mas
    2-Um pneu mal calibrado pode fazer ocorrer vários acidentes foi se ele tiver muito cheio num dia de calor que a pista tiver bem quente pode fazer com que aumente a pressão no pneu fazendo com que ele estoure e quando ele este mal enchido ele faz com que gaste mais combustível que as curvas não são feitas direito.
    3-Os pneus novos devem se posto sempre atrás ,pois eles dão mas aderência fazendo com que gere mas atrito e desgaste mas.
    4-As ranhuras e chamado de aquaplanagem que faz com que a água entre nessas ranhuras fazendo o pneu ter mas aderência com o solo.Os pneus de formula 1 são liso pois faz com que de menos atrito no solo que faz com que o carro seja mas rápido

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