Непонятно, откуда взялось это утверждение. Удивительно, но «разговоры» в сети о том, что сцепление не зависит от ширины шин, заводят вполне уважаемые люди.
Мы утверждаем обратное – тормозной путь зависит от ширины профиля шины. На наш взгляд, это совершенно очевидно для тех, кто хоть немного понимает в физике, автомобилях и шинах.
Ошибочка вышла
«Знатоки» в качестве подтверждения своих слов о том, что от ширины шин ничего не зависит, ссылаются на закон Кулона. А остальные подхватили (сам Шарль Огюстен де Кулон сказал – с ним не поспоришь), не разобравшись в сути вопроса.
Но суть закона Кулона в том, что сила трения покоя (F=µN, F – сила трения покоя, µ - коэффициент трения покоя, а N – сила нормальной реакции опоры, в нашем случае сила прижатия колеса к дороге) зависит от силы прижатия и материала соприкасающихся поверхностей. Следуя этой логике, вроде бы, всё сходится. Площадь пятна контакта, а значит и ширина профиля, как будто ни при чем…
Но есть два небольших «фокуса», на которые «доморощенные профессоры» не обращают внимания. Первый в том, что F – это сила трения ПОКОЯ, то есть справедлива только при условии, если колеса автомобиля неподвижны. Как только он покатился, начинают действовать другие законы. Второй уточняет, что в этом законе речь идет об абсолютно твердом теле, а резина таковым не является и потому к шинам закон Кулона неприменим.
Другая физика
Следующим этапом уточним, что резина отличается от абсолютно твердого тела тем, что ее можно сжать. Но на это потребуется определенная энергия, расходуемая на внутреннее трение резины протектора из-за деформации протектора в пятне контакта шины с дорогой плюс трение протектора об асфальт даже при незначительном проскальзывании. Но это лишь то, что «лежит на поверхности». Дальше – больше.
Из практики известно, что наибольшая эффективность торможения достигается при проскальзывании колес, составляющим порядка 15% (так называемое «рабочее скольжение»). На летних шинах такой эффект возникает за счет сочетания внутреннего трения резины при деформации протектора, сдвига мелких фракций на поверхности дороги, а также поглощения энергии подвеской, и используется при работе АБС, которая допускает незначительное проскальзывание шины относительно дорожной поверхности. Таким образом, торможение происходит в переходной стадии трения скольжения. Нужно выйти далеко за пределы элементарной физики, чтобы описать такое сложное взаимодействие, в котором переплетаются различные виды трения. Попробуем зайти с другой стороны.
Превратить энергию движения в тепловую
Рассмотрим процесс торможения на сухом асфальте с точки зрения термодинамики. Автомобиль, движущийся со скоростью V, обладает кинетической энергией, равной mV2/2. Для того чтобы остановить автомобиль, нужно его избавить от этой энергии. Сделать это можно лишь превратив имеющуюся энергию движения в тепловую и рассеяв полученное тепло в окружающей среде. Превращение кинетической энергии в тепловую обеспечивают следующие пары трения: колодки с тормозными дисками (если работает АБС) и шины с дорогой. При торможении юзом (без АБС) первая пара не работает (колеса заблокированы), это одна из причин того, что в этом случае тормозной путь длиннее. Чем интенсивнее выделение тепла и его рассеивание, тем короче тормозной путь.
Температура резины
К сожалению, трение резины об асфальт неминуемо заставит ее нагреться. А вот перегрев протектора приведет к снижению его прочности и последующим микроразрушением его поверхности (плавлением), ослабляя «держак». Характерный пример – торможение на автомобилях без АБС с полной блокировкой колес с дымком и характерным запахом, оставляющее черные следы горелой резины на асфальте.
Слегка спасает ситуацию присутствующее в этом процессе качение (незначительное проскальзывание – слава АБС!), благодаря которому из пятна контакта выводится «отработанный», нагретый участок протектора, а на его место доставляется свежий, холодный.
Чем шире профиль шины, тем больше площадь ее пятна контакта с дорогой, а значит и поверхности трения. Потому-то на широких шинах больше кинетической энергии будет преобразовываться в тепловую. К тому же и рассеивание тепловой энергии станет более интенсивным, а потому снизится опасность перегрева резины. Все это в совокупности обеспечивает более эффективное сцепление.
Для полноты картины отметим, что сцепные свойства шины зависят от температуры дороги. Переохлаждение покрышки так же негативно сказывается на ее сцепных свойствах, как и перегрев. Не имея возможности прогреться до рабочей температуры, резина остается недостаточно эластичной, потому хуже цепляется за микронеровности асфальта.
Примечательно, что в процессе торможения сцепные свойства любых шин изменяются. В начальный период слегка улучшаются по мере прогрева резины до наиболее эффективной (рабочей) температуры. В жару, если смесь не успевает отдавать тепло и перегревается, могут ухудшиться. В холодных условиях, когда резина протектора не прогревается до оптимальной температуры, зацеп тоже снижается.
Коэффициент трения
Некоторые воспринимают коэффициент трения как некую константу, определяющую эффективность торможения. На деле же он – величина, определяемая экспериментальным путем для конкретных условий. Недаром в справочниках приводится не точная величина, а «вилка», то есть пределы, в которых значение коэффициента может меняться для конкретных условия (сухой бетон, сухой асфальт, мокрый асфальт и т.п.).
Физический смысл этой безразмерной величины – соотношение между силой трения и силой нормальной реакции. Сила трения зависит от многих факторов, ее величина зависит от характеристик как одного, так и другого участника процесса взаимного трения. С одной стороны, это состояние и качество асфальта. С другой – состав и особенности резиновой смеси, размер площади пятна контакта шины и распределение сил давления в нем. К тому же на силу трения оказывает влияние температура покрытия и воздуха, влажность и множество других погодных факторов.
Резюме
Исходя из того, что шины одной размерности, но разных производителей имеют неодинаковые тормозные пути, следует, что каждая покрышка имеет свои собственные (индивидуальные) сцепные свойства. Причем, чем шире протектор, тем они выше. Мы подтверждаем это результатами испытаний.
Кто сомневается, пусть посмотрит на мощные машины, обутые в широченные шины. И пусть ответит на вопрос: зачем это делают производители автомобилей? Для красоты?