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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.

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).

Carro 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.

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

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.

Para pensar um pouco:

1 a Quando um carro tem tração em apenas duas rodas, é preferível que sejam nas dianteiras ou nas traseiras? Pesquise entre os carros existentes como isso é feito.

2 a Você sabia que o atrito estático não dissipa energia, mas o cinético sim? Pense um pouco nisso.

 

 


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