موضوع: بحث علمی: تاثیر فاکتورهای مختلف لاستیک بر رانندگی

همیشه این سوال برای من مطرح بود که با چه منطقی میگن: "لاستیکهای ماشینت صافه، پس ترمزت خوب نمیگیره."
هیچوقت هم از کسی جواب قانع کننده‎ای نگرفتم.

این مبحث رو باز کردم بلکه یه جوابی برای این سوال و یک سری سوال دیگه پیدا کنم.
کی میدونه؟ شاید این سوال برای کسای دیگه هم پیش اومده باشه!؟

لطفا جوابها مستند، مستدل و علمی باشن.

خب این یه چیز منطقی هستش
آج های لاستیک باعث به وجود آمدن استکاک با سطح جاده می شه که این استکاک تا حدی لازمه چه برای حرکت چه برای توقف
حرکت با لاستیک بدون آج مثل این هست که بخواهید روی سطح یخ قدم بردارید دائما لیز می خورید موقع شروع به حرکت چندین بار در جا می زنید تا حرکت کنید البته رو یخ هم مقدار کمی استکاک وجود دارد اما اگر استکاک صفر مطلق باشد حرکت غیر ممکن خواهد بودو همین طور جسم در حال حرکت روی یخ نیز بدون استکاک توقفش غیر ممکن خواهد بود چون نیروی استکاکی وجود ندارد تا با نیروی محرکه جسم مقابله کند و آن را از حرکت نگه دارد طبق قانون اول نیوتن
حرکت با لاستیک صاف نیز به همین صورت هستش البته این لاستیک نیز استکاک دارد اما کافی نسیت و از مقدار استاندارد آن کاسته شده بنا بر این ترمز دیر تر ماشین رو نگه می داره البته خیلی محسوس نیست ممکنه تو یه حادث نیاز بشه ترمز بگیرید و به اندازه 50 سانت با مرگ فاصله داشته باشید اون موقع آج لاستیک به داد شما می رسد
موقع حرکت در روی شن و ماسه یا یخ و برف نیز آج لاستیک باعث می شود تا ماشین زود تر شروع به حرکت کنید و چرخ درجا نچرخد
نبود آج روی لاستیک باعث آسیب پذیر شدن لاستیک و پنچر شدن مداوم آن می شود
عمل نکردن فرمان سر پیچ ها هنگامی که زمین خیس باشد، سر خردن ماشین هنگام ترمز روی برف ، مصرف بالای سوخت و ... از عواقب استفاده از لاستیک صاف و مستعمل هستش

اتفاقا من فکر می کنم که آج دلیل مهمی بر ترمزگیری و اصطکاک نیست.اگر دقت کرده باشید لاستیک ماشین های فرمولا اکثرا صاف و بدون آج هستند.
آج لاستیک برای عبور بهتر آب و کاهش صدای تولیدی لاستیک در حین حرکته.

چون عملکرد عاج روی زمین خیس رو دیدم. البته یک شرط داره اونم این که میزان آب روی جاده انقدر زیاد نباشه که عاج نتونه از پسش بر بیاد. در غیر این صورت یک لایه آب کاملا بین لاستیک و زمین قرار میگیره و...
و مشخصه که هرچه میزان (اصطلاحا) گوشت لاستیک بیشتر باشه باعث میشه میخ ها(یا هر چیز دیگه که باعث پنچری بشه)ی کوتاه قادر نباشن لاستیک رو پنچر کنن.

چندتا نکته هست باید بهش توجه بشه:
1. قانون اول Amontons : نیروی اصطکاک با بار اعمال شده رابطه مستقیم دارد.
2.قانون دوم Amontons : نیروی اصطکاک مستقل از منطقه تماس ظاهری است. (متوجه نشدم دقیقا منظورش چیه)
3.قانون اصطکاک Coulomb : اصطکاک جنبشی مستقل از سرعت لغزش است. (به بحث ما ارتباط زیادی نداره)

میدونیم که فرمول نیروی اصطکاک هست: F=µN
N که نیروی عمودی سطح هست و وابسته به وزن خودرو. که یعنی هرچی وزن ماشین بیشتر باشه اصطکاک بیشتره.
میمونه µ که یک ضریبیه به صورت عدد.
و نکته اینجاس که توی این فرمول مساحت تماس هیچ نقشی نداره. یعنی قاعدتا نباید نقشی توی میزان اصطکاک داشته باشه و اصطکاک فقط به جنس دو سطح مربوطه(µ).

چیزی که متوجه شدم اینه که عاج لاستیک میتونه با ناصافی‎های سطح اسفالت چفت بشه و باعث افزایش مقدار µ و طبعا افزایش اصطکاک بشه.

و یک چیز دیگه این که در عمل بین دو سطح، µ یک مقدار ثابت نیست.

اولا، یعنی تصوری که من داشتم درسته؟

دوما، چندتا سوال برام پیش اومد:

اصطکاک = سطح تماس x استحکام برشی ماده ای که کمترین استحکام برشی رو داره

مثلا بیاین لحظه‎ای رو که ترمز گرفته میشه و چرخ قفل میکنه در نظر بگیریم. اینجا چه ماده‎ای این مشخصه رو داره؟
ضمن اینکه اینجا داره دوتا اتفاق میوفته:
1. لایه‎ی بسیار نازکی از سطح لاستیک جدا میشه و به اسفالت می‎چسبه.
2. به نظر من، هم زمان تعداد کمی دانه های ماسه (بستگی به جنس و سن اسفالت داره) از سطح اسفالت کنده می‎شه و اون بین مثل ساچمه عمل میکنه.
درست میگم؟ نظرتون چیه؟

یه سوال دیگه اینکه برای مواقعی که خاک ریخته رو جاده عاج میتونه رو ترمزگیری موثر باشه؟ من فکر نمیکنم تأثیر زیادی داشته باشه. جون عاج نمیتونه خاک رو مثل آب پس بزنه.

وقتی سطح تماس کم باشه منم عرض کردم اصطکاک خیلی کم خواهد بود...هرچند تعداد زیادی سنگ ریزه در فاصله بین لاستیک و آسفالت داریم.
بذارید 3 تا حالت رو مثال بزنم که دو تای اول شرایط خاص هست:
1- اگر به هر علت، مثل گرمایش بیش از حد لاستیک، سنگ ریزه ها به لاستیک بچسبند، اون وقت مجموعه لاستیک و سنگ ریزه ها رو باید به عنوان یک جسم در نظر بگیریم که در نهایت بعد از ترمزگیری به خاطر اصطکاک سنگ ریزه ها با سطح آسفالت متوقف میشه.
2- اگر سنگ ریزه ها به آسفالت چسبیده باشند، در این صورت مجموعه آسفالت و سنگ ریزه ها را یکی در نظر میگیریم و توقف به خاطر اصطکاک لاستیک با سنگ ریزه ها اتفاق میافته.
3- حالت کلی که مد نظره، سنگ ریزه چسبندگی کامل به لاستیک و جاده نداره، در این صورت توقف زمانی صورت میگیره که حرکت نسبی این سه تا نسبت به هم صفر باشه. وقتی ترمز گرفته میشه و چرخ ثابت میشه، در اثر نیروی اینرسی رو به جلو، سنگ ریزه ها در بین لاستیک و آسفالت شروع به غلتیدن میکنند؛ اگر یک نیروی مقاوم وجود نداشته باشه، غلتیدن تا ابد ادامه خواهد داشت و هیچ وقت توقف صورت نمیگیره! پس از اونجایی که ماشین متوقف میشه حتما نیروی مقاومی (اصطکاک) وجود داره ! این نیروی اصطکاک هم همانطور که در موارد 1 و 2 اشاره شده هم بین سنگ ریزه و لاستیک وجود داره، هم بین سنگ ریزه و آسفالت.

حالا بیاین این موقعیت رو در نظر بگیریم:
روی یک اسفالت ایده‎آل، چرخ قفل شده و داره سر میخوره. در ادامه‎ی مسیر ِ سرخوردن، یک مقدار ِ کمی شن رو زمین هست.(نمیدونم تونستم منظورمو برسونم یا نه)
تو این حالت به نظر شما عملکرد لاستیک عاج دار و بدون عاج چجوریه؟
همینطور این سوال برام پیش اومده که آیا تو این شرایط چرخوندن فرمون تأثیری داره؟

A سطح تماس واقعی ...،T تنش برشی جسمی که کمترین تنش برشی رو داره، u ضریب اصطکاک و W نیروی عمودی، H سختی ماده نرم تر
F=A. T = u.W
واحد سختی مانند فشار و تنش هست (مگاپاسکال و امثالهم) A=W/H در نتیجه u= T/H، این رابطه در مورد ضریب اصطکاک بین دو فلز صحیح هست و معمولا 0.2 هست.

تا اونجایی که من میدونم "مقاومت غلتشی"همون عاملیه که با افزایش عرض لاستیک زیاد میشه. شاید مربوط به چسبندگی بین ملکولی (بین لاستیک و اسفالت) میشه. یعنی یه چیزی غیر از زبری سطح.
نکته اینه که همین اصطکاکی که 2 صفحه در موردش بحث شد، همونطور که موقع شتابگیری یا ترمز کردن یا موقع پیچیدن لازمه، در حرکت با سرعت ثابت عامل مزاحم محسوب میشه.

لاستیک مختص آفرود با لاستیکی که استفاده نسبتا شهری یا جاده ای هم بشه ازش کرد و همچنین آفرود هم بشه رفت فرق داره.
لاستیک پهن واسه مناطقی که خاک نرم دارن یا شن نرم هستند بهتره (توضیع فشار بهتر و وزن کمتر روی هر سانتی مربع سطح مقطع لاستیک که باعث میشه ماشین کمتر از حالت عادی داخل خاک نرم یا شن فرو بره. کم کردن باد لاستیک هم به خصوص در زمین های شنی و کویری کمکی هست به این قضیه).

ولی روی سطح یخزده هرچی لاستیک باریک تر باشه بهتره.
تو سطح های پوشیده شده از آب باید محاسبه بشه که تا چه حد میشه لاستیک رو پهن انتخاب کرد که عاج های لاستیک قابلیت هدایت آب به اطراف لاستیک رو داشته باشن.

اینکه جیپ ها و لندروور های قدیمی لاستیک های باریک تری داشتند لزوما به معنی بهتر بودن این سیستم نیست. محدودیت های تکنیکی تولید لاستیک رو هم در اون زمان باید نظر گرفت.
یک نکته دیگه هم این هست که اکثر suv ها مصرف روزانه دارند و کارخونه های تولید کننده هم بخوبی این رو میدونند و لاستیک ها رو برای این شرایط طراحی میکنند.
لاستیک مختص آفرود با لاستیکی که استفاده نسبتا شهری یا جاده ای هم بشه ازش کرد و همچنین آفرود هم بشه رفت فرق داره.
لاستیک پهن واسه مناطقی که خاک نرم دارن یا شن نرم هستند بهتره (توضیع فشار بهتر و وزن کمتر روی هر سانتی مربع سطح مقطع لاستیک که باعث میشه ماشین کمتر از حالت عادی داخل خاک نرم یا شن فرو بره. کم کردن باد لاستیک هم به خصوص در زمین های شنی و کویری کمکی هست به این قضیه).

ولی روی سطح یخزده هرچی لاستیک باریک تر باشه بهتره.
تو سطح های پوشیده شده از آب باید محاسبه بشه که تا چه حد میشه لاستیک رو پهن انتخاب کرد که عاج های لاستیک قابلیت هدایت آب به اطراف لاستیک رو داشته باشن.

اینکه جیپ ها و لندروور های قدیمی لاستیک های باریک تری داشتند لزوما به معنی بهتر بودن این سیستم نیست. محدودیت های تکنیکی تولید لاستیک رو هم در اون زمان باید نظر گرفت.
یک نکته دیگه هم این هست که اکثر suv ها مصرف روزانه دارند و کارخونه های تولید کننده هم بخوبی این رو میدونند و لاستیک ها رو برای این شرایط طراحی میکنند.