1. Modellazione teorica:
* Leggi di movimento di Newton: Inizierebbero con le leggi fondamentali del moto per descrivere le forze che agiscono sull'auto, tra cui:
* Attrito: La forza primaria esercitata dalle gomme è l'attrito. Il fisico modellare i diversi tipi di attrito:
* Resistenza al rotolamento: Questo è l'attrito tra il pneumatico e la superficie stradale quando il pneumatico è rotolato. Dipende da fattori come la deformazione dei pneumatici, le condizioni della superficie stradale e la pressione dei pneumatici.
* Attrito statico: Questo è l'attrito che impedisce al pneumatico di scivolare quando l'auto è accelerata o frenata.
* Attrito cinetico: Questo è l'attrito che si verifica quando lo pneumatico sta scivolando, come durante uno skid.
* Forze aerodinamiche: Queste forze dipendono dalla forma e dalla velocità dell'auto. Il fisico includerebbe la resistenza all'aria e le forze di sollevamento nel modello.
* Motore e forze dei treni di guida: Il fisico includerebbe la coppia e la potenza prodotta dal motore e trasmesso alle ruote.
* Deformazione dei pneumatici e patch di contatto: Il fisico svilupperebbe un modello di come il pneumatico si deforma sotto carico e come cambia la patch di contatto con la superficie della strada. Questo è fondamentale per comprendere la resistenza e la presa di rotolamento.
2. Analisi sperimentale:
* Pneumatici strumentati: Il fisico userebbe pneumatici specializzati dotati di sensori per misurare vari parametri durante la guida, come ad esempio:
* Pressione dei pneumatici: Per capire come la pressione influisce sulla deformazione e sulla resistenza al rotolamento.
* Velocità delle ruote: Per misurare lo slittamento e calcolare le forze che agiscono sul pneumatico.
* Temperatura del pneumatico: Per valutare il calore generato dall'attrito e il suo impatto sulle prestazioni dei pneumatici.
* Contatta la distribuzione della pressione della patch: Per capire come la forza viene distribuita attraverso la patch di contatto.
* Test di traccia: Avrebbero condotto test su una pista controllata con diverse superfici stradali, velocità e manovre per raccogliere dati su:
* Prestazioni di accelerazione e frenata: Misurare la capacità dell'auto di accelerare e frenare in condizioni diverse.
* Gestione e stabilità: Per analizzare la reattività e il controllo dell'auto durante i turni e le manovre.
* Analisi dei dati: I dati raccolti verrebbero analizzati per stabilire correlazioni tra le caratteristiche dei pneumatici e le prestazioni del veicolo.
3. Simulazioni computazionali:
* Analisi degli elementi finiti (FEA): Ciò comporta la creazione di un modello di computer del pneumatico e la simula della sua deformazione sotto carico. Questo aiuta a prevedere il comportamento del pneumatico e ottimizzarne il design.
* Fluididynamics computazionale (CFD): Questo simula il flusso d'aria attorno all'auto e consente al fisico di studiare le forze aerodinamiche e la loro influenza sulle prestazioni del veicolo.
* Simulazione di dinamiche multibodinali: Ciò consente al fisico di modellare l'intero sistema automobilistico, inclusi pneumatici, sospensioni e motore, di simulare scenari di guida complessi.
Combinando questi approcci teorici, sperimentali e computazionali, un fisico può ottenere una comprensione completa di come le gomme influenzano il movimento di un'auto. Questa conoscenza viene quindi utilizzata per migliorare la progettazione dei pneumatici, ottimizzare le prestazioni del veicolo e migliorare la sicurezza.
