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Solución:
TL;DR: La carga no no aumentar significativamente la presión en el neumático, pero no inflar más el neumático aumentará la fricción. Esto calentará el neumático. La presión correcta asegura el área de contacto correcta, evitando el desgaste del neumático y manteniendo baja la fricción de rodadura.
Respuesta completa: voy a usar matemáticas simples, números redondos (sin calculadora): auto de 1000 kilos, 4 llantas, presión de 2.2 bar. Área de contacto para cada llanta aproximadamente $250 / 2.2 = 110 ~rmcm^2$. Con el neumático de 15 cm de ancho, la zona de contacto tiene 6 cm de largo.
Ahora “carga” el coche con un 50% más de peso (500 kg). El área de contacto adicional necesaria es de $55~rmcm^2$ por llanta. Si supone que las paredes laterales no se deforman, la longitud de contacto aumenta a 9 cm.
El cambio de volumen de este aplanamiento adicional del neumático es bastante pequeño. Mirando el diagrama a continuación, puede calcular el cambio de volumen (suponiendo que toda la deformación ocurre en este plano)
El volumen del aire en el tubo no deformado:
$$beginalignV &= pi (r_o^2 – r_i^2) w\ V &= rmvolumen\ w &= rmancho del neumáticoendalign $$ El ángulo subtendido por la región plana: $$theta = 2sin^-1(fracL2r_o)$$ cuando $L<
El área de la región aplanada es $$A_flat=frac12r_o^2theta – fracL2 r_o cosfractheta2$$
Aproximación de ángulo pequeño:
$$beginalign A_flat&=frac12r_oL(1-(1-left(fracL2r_oright)^2))\ &=fracL^3 8r_oendalinear$$
Para un ancho constante $W$ del neumático, el volumen aplastado es, por supuesto, $Aw$.
Si asumimos en primer orden que la fricción es proporcional al volumen que se distorsiona, puede ver que un neumático ligeramente desinflado (área de contacto más grande) afectará significativamente el consumo de combustible.
¿Qué tan grande es el efecto? Con los números que usé arriba, el cambio de volumen fraccional es solo 0.03% (para $r_i = 30~rmcm, r_o = 40~rmcm, w = 15~rmcm$). Eso significa que la presión no aumentará debido a la deformación del neumático/la masa adicional.
Y eso, a su vez, significa que la razón para inflar más el neumático es precisamente para evitar el aumento del área de contacto, lo que conduciría a una mayor fricción y una temperatura potencialmente más alta.
Como señaló @Tom, bajo carga, la pared lateral de un neumático también se deformará, y esta deformación provocará un desgaste adicional del neumático. Esta es otra razón por la cual la presión de los neumáticos debe ajustarse a la carga.
Tenga en cuenta que hay un circuito de retroalimentación: si el neumático está desinflado y muy cargado, se calentará, lo que aumentará un poco la presión. Pero es mejor empezar con un poco más de aire…
Los datos proporcionados por los fabricantes suponen que la presión de los neumáticos se ajusta con los neumáticos fríos (temperatura ambiente) antes de cargar. Aunque el pequeño error introducido al hacer los ajustes después de la carga no serán significativosla diferencia entre neumáticos fríos y calientes es mayor.
La presión recomendada es más alta para un automóvil ‘totalmente cargado’. Es por eso que un neumático de repuesto debe mantenerse a una presión más alta.
estoy buscando el Ultima verdad a esta pregunta y si bien su respuesta brinda muy buenos consejos prácticos, la respuesta parece bastante vaga y aún menciona algún “pequeño error”. ¿Podría aclarar en términos de física y proporcionar una respuesta si la presión de los neumáticos aumenta bajo carga o no está respaldada por la física (incluso si la diferencia bajo sería insignificante).
Ignoro si existe una medida concreta en específico que responda a tu pregunta, mi respuesta implicaba una deducción lógica: si la presión aumentara de manera no despreciable, los fabricantes no recomendarían aumentar la presión.
Es más, es imposible dar una respuesta general que sea válida para todos los neumáticos. Me temo que no existe una verdad última porque no puede existir. El aumento de presión se produce sólo si el neumático es deformable, y si lo es, hay que tener en cuenta si la diferencia de volumen es significativa. Si un objeto es esférico o cilíndrico, cualquier deformación producirá automáticamente una disminución de volumen. Ningún neumático es tal.
http://www.sturgeontire.com/images/glossary/crosssection.jpg
Dado que las paredes laterales nunca son circulares, incluso es posible que la presión vertical sobre el hilo produzca una deformación de la pared lateral que le dará una forma más circular, creciente el volumen (de forma despreciable).
La respuesta física puede ser solo teórica y es bastante obvia y simple.: si hay tal carga que produce tal deformación que produce un cierta reducción de volumenla presión aumenta proporcionalmente a este último.
… simplemente deberías espera medir mayor presión sobre los neumáticos mientras el coche está cargado.
Probablemente lo que escribió en la ‘primera explicación’ anterior es lo que lo desconcertó y lo engañó, ¿no es así? De todos modos, debe inflar su neumático hasta la presión más alta recomendada antes de cargar el automóvil (y no estoy seguro de si debería hacerlo). espera medir una presión más alta cuando está cargado). Esto es porque la presión más alta previene deformación. Eso es todo lo que puedo averiguar.
Usted sugiere que en la práctica se debe observar la segunda explicación y se deben inflar los neumáticos cuando se espera una carga, pero no he encontrado esto en el manual de mi automóvil. ¿Tienes alguna referencia?
Probablemente lo den por hecho, pero realmente no importa si lo mides antes o después de cargar el coche: presión a plena carga debe y será 300kPa de todos modos. La web está llena de referencias aquí es NSCEP”los laboratorios de ensayo realizan el control de presión previo a la carga del neumático”. Cualquier asistente en una estación de servicio lo confirmará.
La pregunta: ¿La presión dentro de un neumático es igual a su presión promedio sobre el suelo? está relacionado.
Si podemos ignorar la rigidez de las llantas, entonces la presión de aire en las llantas multiplicada por los cuatro parches de contacto de las llantas debe ser igual al peso del automóvil, por lo que la presión estaría dada por:
$$ P = fracMgA $$
donde $M$ es la masa del automóvil y $A$ es el área total del parche de contacto.
A primera vista, parece que $P propto M$ y, por lo tanto, aumentar el peso del automóvil (y su contenido) aumentará la presión de los neumáticos en proporción. Sin embargo, el aumento de peso también aplanará la región de contacto y aumentará el área del parche de contacto $A$ y este efecto reducirá la presión de los neumáticos.
Supongo que podrías modelar la deformación de los neumáticos para descubrir cómo $A$ depende de $M$, pero me parece una tarea complicada y no me queda claro qué efecto dominaría. Sin embargo, cualquier deformación del neumático reducirá su volumen y, por lo tanto, tenderá a aumentar la presión en el interior, por lo que parece probable que el aumento del área de contacto no compense el aumento de masa. En otras palabras, la presión de los neumáticos aumentará con la carga, pero probablemente no sea simplemente proporcional a la carga.
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