Proč a k čemu široké pneumatiky

Toto krátké pojednání je o tom, co ovlivňuje šířka pneumatik. Samozřejmě jsou dané principy využitelné na robotech a především kvůli nim tento článek vzniká. Nebudeme se tedy zabývat materiálem, který ovlivňuje součinitel tření, ani hmotností robotu, pouze tvarem pneumatik. Jen dodám, že článek z velké části vychází z této stránky a částečně může být brán i jako překlad.

Když tak stavíme roboty a pak je zkoušíme zrychlovat, neustále se od někoho ozývá názor, že s širšími pneumatikami bude robot stabilnější, nebude v zatáčkách smykovat. Ve své podstatě to působí celkem logicky.  Pak ale ti, kteří dávali na střední ve fyzice pozor, přijdou s tvrzením, že tření na styčné ploše nezávisí. Takže jak to bude?

V základu je to pravda, tření je definováno jako součin kolmé tlakové síly působíví na daný povrch a součinitelem smykového tření, kteý je definován materiálem styčných ploch. V tom nejjednodužším případě se jedná o sílu tíhovou, čili hmotnost dané věci. Tent vztah však má platnost především u pevných těles – dřevěná skříň šoupaná po parketách, kartonová bedna plná motorů tlačená po betonové podlaze atd.

Pokud se začneme bavit o pneumatikách, jejich povrch je z gumy, měkký, poddajný, tvárný. To značně situaci komplikuje.  Při zatížení začne pneumatika obepínat podložku, i když je zvrásněná. Tato skutečnost se však více projevuje na něčem jako je asfalt, kde se pneumatika dostává mezi jeho zrna a svým způsobem se do něj zaklesne, a čím více obdobných zapuštění, tím větší bude odolnost proti smyku, stejně jako čím více hřebíků, tím lépe daná věc drží a odolá většímu náporu. Otázkou je, jak to bude u hladkého povrchu, po kterém se běžně roboti pohybují, ale nejspíš půjde mluvit o velmi podobném efektu, akorát v menším měřítku. Bez toho by totiž celá následující teorie neměla moc význam. Takže odtud tedy závislost tření na styčné ploše.

Jenže nastává malý zádrhel – vezmu-li dvě pneumatiky, jednu úzkou a druhou širokou, a ponesou totožnou zátěž + budou mít shodný průměr, jejich styčná plocha s podložkou bude stejná. Akorát u tenké pneumatiky bude elipsovitá protáhnutá zepředu dozadu, kdežto u širší bude elipsa roztažená do stran. Takže stejné zatížení, stejný průměr, stejná měkkost pneumatik = stejná plocha, ale s jinou orientací.

No, posuneme se dále a vše vysvětlíme. Stabilita nás zajímá v zatáčkách. Zde vzniká odstředivá síla, která na pneumatiku působí zboku. Jelikož je guma měkká a tvárná, v důsledku tohoto působení se deformuje a vnitřní strana se zvedá do vzduchu a tím pádem se snižuje styčná plocha. No a tohle zvednutí je tím výraznější, čím tenčí pneumatika je, takže u širší zůstává ve styku s podložkou větší plocha a tudíž zde máme vyšší tření a vyšší stabilitu. Celý efekt asi nebude moc pozorovatelný pouhým okem a minimálně by k jeho pozorování byla zapotřebí vysokorychlostní kamera.

Jen malý důsledek, pokud to část pneumatiky, která v zatáčce snáší nápor odstředivé síly, nevydrží, dojde ke smyku, opotřebení pneumatiky a pogumování plochy, i když opět v takovém měřítku, že to nebude moc vidět. A ještě k širšm pneumatikám, detail uvedený na původních stránkách. Čím větší je styčná plocha, tím méně je zatěžován materiál pneumatiky, tím měkčí může být, aniž by hrozilo její zničení, a tím vyšší je opět přilnavost v důsledku lepšího koeficientu smykového tření a také zvýšení plochy (měkčí – tvárnější).

Takže to by bylo k šířce pneumatik vše, doufám, že to bylo srozumitelné a že si z toho alespoň někdo něco odnese 😉

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *