Le forze generate dagli pneumatici

LE FORZE GENERATE DAGLI PNEUMATICI

Gianluca Covini

25 Settembre 2022 • 14 min. lettura

Quali sono le leggi fisiche di base che regolano la zona di contatto tra le gomme e l’asfalto (un’area estesa più o meno quanto un’agendina tascabile)? Scoprilo in questo articolo per comprendere al meglio quella che è la dinamica alla base del kart che guidi

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

Come fa il kart a muoversi, a frenare, ad accelerare e a curvare? Protagonisti assoluti di queste azioni sono gli pneumatici, i quali trasformano gli input derivanti da motore, freni e sterzo, in accelerazioni (e decelerazioni) sulla pista. In che modo? Scambiando, tramite il contatto con l’asfalto, forze dette “tangenziali”, ovvero applicate nel punto di contatto tra ruota e asfalto e con direzione “orizzontale”, quindi parallela all’asfalto. Per comprendere come si sviluppano queste forze occorre dividerle in due tipologie: le forze longitudinali, che si sviluppano lungo l’asse longitudinale della ruota, e le forze trasversali - dette anche laterali - lungo l’asse trasversale della ruota. Le prime sono quelle che permettono al kart di accelerare e frenare, le seconde invece consentono di curvare a destra e a sinistra.

Dalle forze applicate al contatto tra pneumatico e asfalto si possono ricavare le accelerazioni, infatti la forza è uguale alla massa per l’accelerazione (F= m x a). Le forze longitudinali e laterali dipendono rispettivamente da due parametri molto importanti, che occorre tenere bene a mente e che descriveremo nei prossimi paragrafi: lo scorrimento longitudinale e l’angolo di deriva. Inoltre, come vedremo, le forze longitudinali e laterali possono anche sommarsi, e in questo caso si parla di aderenza combinata, che è la situazione più critica per gli pneumatici, quella che i piloti più bravi sanno gestire meglio. L’aderenza combinata si verifica per esempio in entrata di curva, dove viene chiesto agli pneumatici sia di frenare sia di curvare, oppure in uscita di curva, dove si somma la componente laterale a quella longitudinale data dalla spinta degli pneumatici posteriori.

LE FORZE TANGENZIALI SI DIVIDONO IN DUE TIPOLOGIE: LONGITUDINALI E TRASVERSALI

Le forze longitudinali permettono al kart di accelerare e frenare, le forze trasversali sono quelle che consentono di curvare a destra e a sinistra. La zona contatto, data l’elevata deformabilità degli pneumatici, si sviluppa all’interno di un’area piccola, detta - appunto - area di contatto, che varia a seconda di tanti fattori, tra cui la pressione di gonfiaggio e lo schiacciamento dinamico, in senso verticale, dello pneumatico. Lo schiacciamento dinamico è quello che deriva dal rotolamento: più lo pneumatico rotola veloce e più si "gonfia" diminuendo l'area di contatto. Per dare un’idea, sommando tutte e quattro le aree di contatto otteniamo una superficie complessiva grande più o meno come quella di un block-notes tascabile.