Zadanie Zadanie 4.3.4: Termodynamiczne i materiałowe właściwości opon a droga hamowania w niskich temperaturach
- Punkty
- 3 pkt
- Dział
- Ruch i siły · Siła tarcia
- Trudność
- Poziom trudności: łatwe
W instytucie badań drogowych analizowano właściwości cierne mieszanek gumowych stosowanych w oponach letnich i zimowych. W temperaturze na oblodzonej nawierzchni wyznaczono współczynniki tarcia kinetycznego:
- dla opony letniej: ,
- dla opony zimowej: .
Samochód osobowy porusza się po oblodzonej jezdni z prędkością miejską . W pewnym momencie kierowca wykonuje hamowanie awaryjne do zera. Przyjmij (wykonaj obliczenia także dla ).
Polecenia:
a) Oblicz drogę hamowania samochodu na oponach letnich oraz na oponach zimowych i wyznacz, o ile metrów oraz ile razy droga hamowania na oponach letnich jest dłuższa.
b) Wyjaśnij na poziomie budowy mikroskopowej, dlaczego guma opony letniej w temperaturach poniżej traci elastyczność (zjawisko zeszklenia polimerów) i jak wpływa to na rzeczywistą powierzchnię kontaktu z nierównościami podłoża.
c) W prawie tarcia Amontonsa-Coulomba siła tarcia nie zależy od pozornej powierzchni styku ciał. Wyjaśnij, dlaczego w samochodach sportowych stosuje się mimo to bardzo szerokie opony.
Treść zadania
W instytucie badań drogowych analizowano właściwości cierne mieszanek gumowych stosowanych w oponach letnich i zimowych.
W temperaturze na oblodzonej nawierzchni wyznaczono współczynniki tarcia kinetycznego:
- dla opony letniej: ,
- dla opony zimowej: .
Samochód osobowy porusza się po oblodzonej jezdni z prędkością miejską . W pewnym momencie kierowca wykonuje hamowanie awaryjne do zera.
Przyjmij (wykonaj obliczenia także dla ).
Polecenia:
a) Oblicz drogę hamowania samochodu na oponach letnich oraz na oponach zimowych i wyznacz, o ile metrów oraz ile razy droga hamowania na oponach letnich jest dłuższa.
b) Wyjaśnij jakościowo, jak obniżenie temperatury może usztywnić mieszankę gumową i wpłynąć na jej dopasowanie do mikronierówności nawierzchni. Zaznacz, że temperatura przejścia szklistego zależy od składu opony i nie ma jednej uniwersalnej wartości dla wszystkich opon.
c) W idealnym modelu Amontonsa-Coulomba nie zależy od pozornej powierzchni styku. Wyjaśnij, dlaczego szerokie opony mogą być przydatne w samochodach sportowych, nie przypisując samej szerokości automatycznego wzrostu siły tarcia w tym modelu.
Odpowiedź i wynik końcowy
a) , (dla : , ). Droga na oponach letnich jest dłuższa o ok. i stanowi -krotność drogi na oponach zimowych ().
b) Obniżenie temperatury może usztywnić mieszankę i utrudnić jej dopasowanie do mikronierówności. Temperatura przejścia szklistego zależy jednak od składu opony; nie jest uniwersalnym progiem. W tym zadaniu różnica przyczepności jest opisana podanymi współczynnikami tarcia.
c) W idealnym prawie Amontonsa-Coulomba szerokość opony sama nie zwiększa siły tarcia. Rzeczywista opona jest odkształcalna, więc szerokość może pomagać przenosić duże siły i wpływać na kształt pola kontaktu oraz temperaturę pracy; wynik zależy też od mieszanki, obciążenia i nawierzchni.