1. Modelado teórico:
* Las leyes de movimiento de Newton: Comenzarían con las leyes fundamentales de movimiento para describir las fuerzas que actúan sobre el automóvil, incluyendo:
* fricción: La fuerza primaria ejercida por los neumáticos es la fricción. El físico modelaría los diferentes tipos de fricción:
* Resistencia a la rodadura: Esta es la fricción entre el neumático y la superficie de la carretera cuando el neumático está rodando. Depende de factores como la deformación del neumático, la condición de la superficie de la carretera y la presión de los neumáticos.
* fricción estática: Esta es la fricción que evita que el neumático se deslice cuando el automóvil se acelera o frene.
* Fricción cinética: Esta es la fricción que ocurre cuando el neumático se desliza, como durante un patín.
* Fuerzas aerodinámicas: Estas fuerzas dependen de la forma y la velocidad del automóvil. El físico incluiría resistencia al aire y fuerzas de elevación en el modelo.
* Fuerzas de tren y tren de transmisión: El físico incluiría el par y la potencia producidos por el motor y transmitido a las ruedas.
* Deformación de neumáticos y parche de contacto: El físico desarrollaría un modelo de cómo se carga el neumático y cómo cambia el parche de contacto con la superficie de la carretera. Esto es crucial para comprender la resistencia y el agarre.
2. Análisis experimental:
* Neumáticos instrumentados: El físico utilizaría neumáticos especializados equipados con sensores para medir varios parámetros durante la conducción, como:
* Presión de los neumáticos: Comprender cómo la presión afecta la deformación y la resistencia a la rodadura.
* Velocidad de la rueda: Para medir el deslizamiento y calcular las fuerzas que actúan sobre el neumático.
* Temperatura del neumático: Para evaluar el calor generado por la fricción y su impacto en el rendimiento de los neumáticos.
* Distribución de presión del parche de contacto: Para comprender cómo se distribuye la fuerza a través del parche de contacto.
* Prueba de pista: Realizarían pruebas en una pista controlada con diferentes superficies de carreteras, velocidades y maniobras para recopilar datos sobre:
* Aceleración y rendimiento de frenado: Para medir la capacidad del automóvil para acelerar y frenar en diferentes condiciones.
* Manejo y estabilidad: Para analizar la capacidad de respuesta y el control del automóvil durante las curvas y las maniobras.
* Análisis de datos: Los datos recopilados se analizarían para establecer correlaciones entre las características de los neumáticos y el rendimiento del vehículo.
3. Simulaciones computacionales:
* Análisis de elementos finitos (FEA): Esto implica crear un modelo de computadora del neumático y simular su deformación bajo carga. Esto ayuda a predecir el comportamiento del neumático y optimizar su diseño.
* Dinámica de fluido computacional (CFD): Esto simula el flujo de aire alrededor del automóvil y le permite al físico estudiar las fuerzas aerodinámicas y su influencia en el rendimiento del vehículo.
* Simulación de dinámica multibuerpo: Esto permite al físico modelar todo el sistema de automóviles, incluidos los neumáticos, la suspensión y el motor, para simular escenarios de conducción complejos.
Al combinar estos enfoques teóricos, experimentales y computacionales, un físico puede obtener una comprensión integral de cómo los neumáticos afectan el movimiento de un automóvil. Este conocimiento se utiliza para mejorar el diseño de neumáticos, optimizar el rendimiento del vehículo y mejorar la seguridad.
