Una de las características más importantes de
los neumáticos en lo que afecta a las reacciones del
coche en curva es el modo en que su capacidad de adherencia
varía en función de la fuerza vertical sobre ellos.
Esta carga viene dada tanto por el peso en estático
del vehículo como por la mal llamada «transferencia
de pesos» (nota
lingüística). El primero de ellos, el peso
que el vehículo podrá llegar a soportar, impondrá
un dimensionado mínimo de los neumáticos (que,
en general, se ve ampliamente satisfecho por requerimientos
estéticos imperantes al respecto del tamaño
de las ruedas en la actualidad).
Por su parte, las variaciones de fuerza vertical que los
neumáticos soportarán a consecuencia de las
aceleraciones sufridas por la carrocería durante la
conducción imponen unos condicionantes de diseño
más relacionadas con los ajustes de suspensión
y amortiguación. Estos factores son aprovechados como
medio de darle al coche la forma de reaccionar que el constructor
desee imponerle.
En general, la física básica indica que la
fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza perpendicular
a la superficie de contacto entre dos cuerpos. Tanto más
se incremente esta fuerza perpendicular (vertical, si consideramos
una superficie de contacto horizontal), tanto más aumentará
la fuerza de rozamiento.
Los neumáticos, en cambio, reaccionan de forma ligeramente
distinta. Obviamente, la fuerza de agarre máxima que
un neumático puede proporcionar aumentará conforme
se incremente la fuerza que caiga sobre él, pero lo
hará a un ritmo cada vez menor puesto que el coeficiente
de rozamiento descenderá. Es decir, si se duplica la
carga que descansa sobre un neumático, el agarre máximo
que podrá proporcionar no llegará a ser el doble
que el original; será algo menor.
La influencia del peso puede verse en este
documento, en el que Goodyear ofrece unas gráficas
de los neumáticos que comercializa para los vehículos
de la Fórmula
SAE. Si bien los valores numéricos deben tomarse
con suma cautela, porque aseguran una capacidad de agarre
inesperable en este tipo de ruedas, pueden compararse varias
curvas de una misma gráfica y ver cómo las correspondientes
a mayores fuerzas verticales van mostrando incrementos de
fuerza cada vez menores.
Para ilustrar este texto, recurriremos a una gráfica
más académica y sencilla de interpretar, y que
representa aproximadamente la reacción de los neumáticos
empleados en automóviles de calle. Se muestran las
curvas fuerza-deriva para tres cargas verticales distintas:
200, 400 y 600 kg. La de 400 kg podría ser la que soportara
en estático el neumático delantero de un vehículo
de cerca de 1400 kg con un reparto de pesos de 60/40%.
Con esa carga de 400 kg (unos 3.920 N), la máxima fuerza
lateral posible quedaría en torno a los 3.700 N. Puesto
que F=µN, podemos obtener con una simple división
que el máximo coeficiente de rozamiento µ en
tales circunstancias sería de aproximadamente 0,96.
El mismo cálculo nos daría un coeficiente de
0,98 para la curva de 200 kg, y de 0,90 para la de 600 kg.
Si se repitiera este proceso para un gran número de
pesos diferentes, se podría trazar una curva que mostrara
la fuerza lateral máxima obtenible en función
de la fuerza vertical soportada. En el caso de nuestra rueda
ficticia, tendría un aspecto similar al mostrado en
la figura. La línea punteada muestra el trazo que tendría
la curva si su comportamiento fuera perfectamente lineal,
como sugeriría la física básica de la
fricción.
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