Шины повышенного
сцепления
Как хорошо известно, силой,
приводящей в движение автомобиль, является сила трения. Именно сила трения
колёс о дорогу определяет ускорение автомобиля при разгоне, а излишние
лошадиные силы, бросаемые под колёса "крутыми" водителями, уходят в визг.
Эта же сила определяет длину тормозного пути, поэтому имеет смысл познакомиться
с ней подробнее.
Сила трения
покоя, а именно она важна для нас, не может превзойти произведения коэффициента
трения (покоя) на силу нормального давления и, казалось бы, её максимальное
значение и определяется этими величинами однозначно. Однако, это не совсем
так, точнее, совсем не так.
Дело в том, что в механике
существует такое понятие, как угол трения. Это угол, тангенс которого равен
коэффициенту трения. Обычно его измеряют по предельному углу наклона плоскости,
при котором тело ещё удерживается на ней. Но этот угол примечателен ещё
и тем, что при его превышении тело начинает кувыркаться из-за "закусывания".
Рис. 1. Поведение бруска
при различных условиях приложения горизонтальной силы
Эффект "закусывания" поясняет
рис. 1. На нём показаны два существенно различных случая попыток передвижения
бруска по горизонтальной поверхности: брусок А, действующая на который
сила F приложена внутри угла трения a,
начнёт скользить по ней, как только F превысит kN,
где
k – коэффициент трения, N – сила нормального давления;
а вот брусок Б, действующая на который сила F приложена
вне
угла трения, либо начнёт кувыркаться, либо, если лишить его такой возможности,
останется на месте, вдавливаясь своим передним концом в подложку.
Рассмотрев моменты действующих на брусок сил легко понять и причину его
поведения, и определить условия "закусывания":
L < 2kh
где L - длина бруска в направлении
действия силы F, h - высота приложения силы F над
опорной плоскостью. Дело в том, что при выполнении этого условия момент,
создаваемый силой F (или, что то же самое, силой трения покоя)
превосходит встречный момент силы, создаваемый N. Поэтому
реакция опоры превосходит N и создаёт положительную обратную
связь, исключающую возможность проскальзывания. Именно этот эффект и позволяет
значительно увеличить силу трения колеса о дорогу. Суть легко понять из
рис. 2 и 3.
Рис. 2. Слева обычная
шина, справа – шина со специальным протектором, устройство которого показано
на рис. 3
Рис. 3. Схема устройства
специального протектора. 1 – тело покрышки, 2 – ламели протектора, изготовленные
из той же жёсткой резины, что и весь протектор, 3 – эластичные вплавки,
4 – пазы протектора
Специальный протектор снабжён
продольными ламелями 2, имеющими по краям "вплавки" из эластичной резины
3 и только своей серединой связанными с основным телом протектора. Протектор
работает так: при сухом покрытии (большом a)
ламели работают в обычном режиме, однако при снижении коэффициента трения
(малом a)
они способны, благодаря эластичным "вплавкам", поворачиваться вокруг поперечной
оси, переходя в режим "закусывания", и стремятся "кувырнуться", пытаясь
поднять автомобиль.
Конечно, на
гололёде с водяным покрытием, где k=0, не поможет никакое "закусывание",
но и в этом случае продольное армирование ламелей стальной проволокой,
выходящей в торцы ламелей, может разрешить конфликт автомобилистов с Лужковым
и московским правительством.