O que se faz para evitar isto?
Ao adicionar uma suspensão ao carro, o que conseguimos é "desligar" grande parte da massa das irregularidades do terreno, conseguindo reacções mais rápidas e precisas. Além disso, proporcionamos conforto ao condutor e aos passageiros porque o movimento vertical é muito mais baixo.
A massa suspensa é toda a massa que está acima da mola, pois ela a suporta. Isto inclui o chassis, os passageiros, a carroçaria, etc. Por outro lado, a massa não suspensa é a massa dos elementos que se encontram entre a mola e o solo: roda, travões, triângulos de suspensão e algumas outras partes. Estas peças são importantes porque influenciam tanto a capacidade de aceleração do veículo como a absorção das vibrações da estrada. Além disso, à medida que o seu peso aumenta, temos também de aumentar o peso de outras peças relacionadas para suportar as forças a que serão submetidas durante o movimento do veículo.
A massa suspensa é muito maior do que a massa não suspensa. Do ponto de vista da engenharia de veículos, a massa não suspensa deve ser a mais baixa possível, por várias razões, que discutiremos.
Por exemplo, o que acontece aos nossos carros quando batemos num buraco?
Se analisarmos o que acontece quando fazemos um buraco, a massa não suspensa torna-se muito importante, porque o peso dos pneus e das rodas é afectado quando fazemos um buraco. O processo é o seguinte:
Quando encontramos o poço, a roda segue a estrada até ao ponto mais alto. Logo após passar o ponto mais alto do poço, a roda tem a tendência de continuar a subir. A mola de suspensão tenta esticar e assim baixar a roda para que ela toque o chão. Esta tendência depende da massa não suspensa. Quanto maior a massa não suspensa, que vem principalmente das rodas, mais força a mola tem de exercer para trazer a roda de volta ao solo. Portanto, quanto maior o peso das rodas, mais dura terá de ser a mola, se quisermos corrigir esta tendência.
O que acontece para acelerar a roda?
Quando aceleramos uma roda de um impasse, precisamos de exercer uma força para fazê-la girar. Esta força deve superar a força friccional. E qual é a força friccional? Imaginemos que temos um objecto numa superfície, por exemplo uma caixa que estamos a arrastar ao longo do chão. Se não a empurrarmos, a caixa não se move, se a empurrarmos levemente, a caixa continua a não se mover, apesar de estarmos a exercer uma força, e se a empurrarmos com mais força, seremos capazes de a mover.
A força que contraria o empurrão é a força friccional. No carro, as rodas têm de gerar força suficiente para ultrapassar a força friccional para se poderem mover. Essa força é exercida pelo motor através do torque, como Guille explicou há algum tempo no artigo: O que é torque, o que tem a ver com a potência, o que importa mais?
Como é que as rodas do veículo giram?
Se observarmos a rotação de uma roda em câmara lenta, podemos ver que o ponto em que a roda gira é o ponto de contacto com o solo, devido à força de atrito acima mencionada, e implica que a velocidade linear do centro da roda é a velocidade linear do veículo. Se movermos um objeto linearmente, a aceleração estará relacionada com as forças sobre o objeto através da massa.
O que acontece quando passamos do movimento linear para o movimento circular?
Deixe-me explicar com um exemplo: se pegarmos numa roda de bicicleta e a rodarmos a partir do eixo da roda, o momento de inércia é uma relação constante entre a força rotacional, chamada momento ou torque, com a qual estamos rodando a roda e a aceleração rotacional da roda. O momento de inércia mostra a relação entre a massa do objeto e sua distribuição sobre o objeto. Vou dar um exemplo rápido: o momento de inércia de um disco cheio e de um anel é diferente, porque o anel tem toda a sua massa distribuída no exterior do círculo e o disco tem a massa distribuída por toda a superfície.
Depende de vários parâmetros:
- Eixo de rotação
- Forma do elemento
- Tamanho
- Missa
O exemplo mais típico de um momento alto ou baixo de inércia é visto no desporto de patinagem artística.
Se uma pessoa está patinando e faz uma pirueta girando no eixo a partir dos pés na direção da cabeça, ela girará mais rápido quanto mais próximo o peso estiver do eixo central. Isto significa que, sem nenhuma força atuando sobre a pessoa, se ela se vira com os braços estendidos perpendicularmente ao eixo que definimos e aproxima seus braços do seu corpo, ela acelerará devido à mudança no momento de inércia.
Se olharmos agora para a roda, podemos aproximá-la de um anel, porque a maior parte do peso está no exterior da roda na garganta da jante, quanto mais longe estiver do centro maior é o momento de inércia da roda. Como se pode ver, o peso e o tamanho do aro desempenham um papel importante no momento da inércia.
Isto mostra que a massa não suspensa é prejudicial para as reacções do veículo. Se estamos à procura de um veículo mais desportivo é importante ter uma massa baixa não suspensa para melhorar as reacções do veículo.
Vamos explicar isto de uma forma simples. A roda de uma bicicleta de estrada e a roda de uma bicicleta de montanha são mais ou menos do mesmo tamanho, mas o peso da roda da bicicleta de montanha é maior e por isso custa mais esforço para acelerar a roda com os pedais. O mesmo se aplica ao tamanho, quanto menor a roda, mais fácil é acelerá-la.
Voltar ao início do artigo: Porque é que os carros de Fórmula 1 têm rodas de 13 polegadas?
Há duas razões principais. Se o aro é menor, o peso está mais próximo do cubo, o que facilita as curvas e o contacto com a estrada. A outra razão não tem nada a ver com a massa não suspensa, mas a roda, tendo um tubo interior muito maior, age como uma mola. Assim, suspensões mais duras podem ser usadas no monolugar, o que permite reações verticais mais rápidas na roda, fazendo-a tocar a estrada o máximo de tempo possível.
Com o que já explicamos, tiramos as seguintes conclusões.
- Se queremos acelerar ou travar mais rápido e ter a roda a tocar melhor o solo, devemos tentar diminuir o momento de inércia das rodas e a massa não suspensa.
- Mesmo se quisermos reduzir o tamanho das jantes para melhorar o desempenho do veículo, por vezes existem limitações, como o tamanho das diferentes peças dentro do aro, como o disco de travão e a pinça de travão.
- Se montarmos uma mola mais rígida, conseguiremos que o pneu volte ao contacto com o solo mais cedo. Não recomendo fazer isso em casa sem calcular profissionalmente como isso pode afetar o veículo.
- Além disso, o peso do pneu depende da largura da roda que montamos e, portanto, também temos que levar em conta as seguintes considerações:
- Se no mesmo carro podemos colocar dois tipos de rodas, uma roda larga ou uma roda estreita, para a mesma pressão teremos uma pegada de pneu com o mesmo valor superficial, mas a forma da pegada será diferente. No pneu largo, a pegada será maior na direcção lateral e menor na direcção longitudinal do que no pneu mais estreito. Isto tem implicações na condução:
- No seco, para a roda mais larga, a forma da pegada faz com que ela agarre mais lateralmente o asfalto.
- No molhado, para a roda mais larga, se encontrarmos uma poça, ao passar por ela a roda vai levantar uma onda de água da sua largura, esta onda exerce uma força sobre o pneu e, se houver altura suficiente de água na poça, o carro vai tratar a onda como se fosse um poço e vai perder o contacto entre o pneu e a estrada, gerando aquaplanagem.
- Um pneu de maior diâmetro, com o mesmo composto e pressão, terá menos resistência ao rolamento. Se passarmos um buraco de 2 cm com um pneu de 10 cm de raio e um pneu de 20 cm de raio, para o primeiro o obstáculo será muito maior proporcionalmente, pois o ponto em que toca o buraco está muito próximo da pegada do pneu.
- Ao girar um pneu o seu perfil é deformado, isto é perceptível porque ao girar o volante, o veículo não está girando tanto quanto o volante devido ao fenômeno da derrapagem, quanto mais alto o perfil, em princípio, estaremos aumentando este efeito.
Com tudo aquilo de que falámos, deixo-vos com uma pergunta a pensar, faz sentido o tamanho das rodas que temos neste momento?
