Комментарии к дневнику

О деформации пневмошин ...

Сообщение от Pranevich Ihar

Имеется установленная на обод колеса пневматическая шина, рассматриваются два случая.
1) Избыточное давление равняется нулю, в этом случае число ударов молекул воздуха о поверхность единичной площади равно снаружи и внутри. Если большим пальцем надавить на центральную часть шины, то она деформируется до обода.
2) Рекомендуемое избыточное давление, частота ударов молекул об единичную площадку изнутри намного больше, чем снаружи, так как в шине увеличилась их концентрация. Пальцем уже совсем трудно деформировать ту же шину, причём приложенная сила прямо пропорциональна величине смещения,- чем больше нужно деформировать шину, тем значительнее силу приложить. Объясняется тем, что внутри шины по мере прогиба со стороны воздуха увеличивается сила, действующая внутри её на поверхность под пальцем, в основном из-за роста числа ударов в единицу времени молекул о неё по причине сокращения расстояния между ней и ободом. С использованием узкой покрышки уменьшается высота воздуха, возрастает относительная деформация при той же абсолютной,- шина существеннее ей сопротивляется, выше её жёсткость.

Роль сжатого воздуха в шине крайне существенна. Имеются две воздушные пружины,- прочные полые цилиндры с одинаковыми площадью оснований, давлением воздуха и подвижными поршнями; высота первого цилиндра h, второго- в k раз больше первого. В обоих цилиндрах действием внешней силы на поршни увеличивается давление воздуха в n раз, процесс изотермический. В результате в первом цилиндре поршень сдвинется на расстояние h(1-(1/n)), во втором kh(1-(1/n)),- абсолютное смещение в k раз больше, а жёсткость воздушной пружины, по закону Гука, во столько же раз меньше.

При повышении температуры окружающей среды воздух в шине нагревается, его давление и вязкость увеличиваются, как и её жёсткость, трение качения колеса уменьшается.

С физической точки зрения колесо представляет собой систему упругих элементов, то есть пружин, возможно существенно различной жёсткости, воздушных и (или) изготовленных из любых подходящих материалов.

Основная функция шины- уменьшение чрезмерной жёсткости колеса без неё, оптимизация её под конкретные условия эксплуатации.

Мягкое, с физической точки зрения, колесо, ощущается жёстким, как бы "корявым", во время езды по твёрдой дороге с небольшими неровностями.

В 15 выпуске сборника научных трудов "Механика. Исследования и инновации" опубликована моя статья "Влияние формы обода колеса на ходовые качества велосипеда": https://www.bsut.by/images/MainMenuF...nica/15/25.pdf.

Результаты расчётов вошли в изданную, международный сборник научных трудов "Механика. Исследования и инновации", статью "Влияние формы обода колеса на ходовые качества велосипеда": https://www.bsut.by/images/MainMenuF...nica/15/25.pdf.

Аннотация научной статьи, в которой описываются факторы, влияющие на трение качения в системе "колесо- дорога", приведена здесь: https://elibrary.ru/item.asp?id=50414040.

Сообщение от Pranevich Ihar

Давление находящегося в шине воздуха на обод будет несколько большим в области её контакта с дорогой за счёт действия внешних сил, которые создают дополнительное давление,- обод локально деформируется, натяжение близлежащих спиц ослабевает

Обод колеса стремится выпрямиться, поэтому сила натяжения спиц, находящихся примерно в середине третьей и четвёртой четвертей окружности, увеличивается.

Сообщение от H.Bourne

На беговых кроссовках один раз покатил - чуть с ума не сошёл: педалей нет! Давишь и сначала подошва плющится и только затем, "где-то далеко", появляется педаль.

Обувь для езды на велосипеде, ходьбы пешком приближённо можно считать незамкнутой системой, а бега, прыжков,- замкнутой.

Сообщение от Pranevich Ihar

В незамкнутых (колесо) и замкнутых (спортивная обувь) системах нужно использовать различные подходы для уменьшения потерь энергии,- в первом случае увеличивать жёсткость для минимизации деформаций, во втором оптимизировать её с целью способствования максимальному превращению кинетической энергии движения в потенциальную упругой деформации, и наоборот.

Сообщение от Pranevich Ihar

Упругие свойства шины с воздухом определяются её жёсткостью, которая зависит и от давления воздуха в ней.

Именно жёсткость, или коэффициент упругости, характеризует упругие свойства как пневматической шины, так и колеса в целом.

Сообщение от Pranevich Ihar

Система со сжатым воздухом, к примеру, пневматическая шина, ведёт себя подобно любой природы упругому телу

Иными словами, если заменить воздух каким-либо материалом с модулем Юнга, равным его давлению в шине, то увеличится масса, однако, ходовые качества колеса в реальных условиях эксплуатации существенно не изменятся.

Сообщение от Pranevich Ihar

Давление газа есть результат упругих столкновений его молекул со стенками ёмкости, в которой он находится. Если шина в месте контакта с дорогой сжимается, то расстояние между ней и ободом в этой области уменьшается, количество ударов об их в единицу времени становится больше, давление локально повышается.

Система со сжатым воздухом, к примеру, пневматическая шина, ведёт себя подобно любой природы упругому телу,- в области действия внешней нормальной силы возникает напряжение, то есть дополнительное давление, равное очень примерно, из-за размытости границ, отношению её величины к площади поверхности, на которую она воздействует.

Сообщение от Pranevich Ihar

Рассматривая воздух в камере как набор множества пружин, расположенных по окружности обода в радиальном направлении, можно предположить, что в одностенном ободе (высота воздуха больше) последовательно соединены пружины двустенного (высота воздуха меньше), жёсткость системы при этом уменьшается. https://forum.velomania.ru/entry.php?b=10877

Сообщение от Pranevich Ihar

При данном поперечном размере шины минимальное значение силы сопротивления качению будет достигнуто при её установке на обод с возможно большей из рекомендуемых внутренней шириной.

В таком случае получается, что в широком ободе параллельно соединены пружины узкого, жёсткость системы при этом увеличивается.

Сообщение от Pranevich Ihar

Нежёсткое колесо при качении по ровной твёрдой поверхности как бы спотыкается само о себя,- вначале деформируется находящаяся в данный момент времени вблизи области контакта с дорогой его часть, затем происходит поступательное движение оси.

Звуки, издаваемые при качении колеса, есть результат спотыкания его как самого о себя, так и за неровности дороги,- на гладком асфальте их интенсивность тем слабее, чем меньше сила трения качения.

Сообщение от Pranevich Ihar

К какой системе, замкнутой или незамкнутой, следует относить обувь для ходьбы пешком? Всё-таки, к незамкнутой. Здесь, как и в случае с центральной областью шины, нужны жёсткие, соответственно, тонкие, подошвы для уменьшения потерь энергии на их деформации.

Велотуфли также представляют собой незамкнутую систему.

Сообщение от Ethereum

велообувь очень жесткая

Сообщение от Pranevich Ihar

Мяч представляет собой незамкнутую систему, когда катится, и замкнутую в момент соударения.

Примерно то же самое можно сказать и о колесе трюкового велосипеда,- при качении по поверхности незамкнутая система, замкнутая в момент приземления после прыжка.

Сообщение от Pranevich Ihar

Результаты экспериментов говорят о том, что более жёсткие колёса лучше катят по ровной твёрдой поверхности за счёт меньшего значения коэффицинта трения качения.

Сообщение от Pranevich Ihar

При данном поперечном размере шины минимальное значение силы сопротивления качению будет достигнуто при её установке на обод с возможно большей из рекомендуемых внутренней шириной.

Сообщение от Offroadster

на широких ободах, та же покрышка гребет шире и ощущается мягче, чем на узких

Сообщение от Pranevich Ihar

Однако, колесо при одинаковом давлении воздуха в шине будет более жёстким, то есть, на меньшую величину деформироваться под действием одной и той же силы.

К подобному выводу о зависимости жёсткости шины с воздухом от ширины обода, на который она установлена, приходят и другие исследователи.

The large increase in width means that you're almost moving up a tire size per 4 mm of rim width increase. A wider tire also means the tire will be stiffer at the same air pressure. https://www.bicyclerollingresistance...rim-width-test

Сообщение от Pranevich Ihar

Давление газа есть результат упругих столкновений его молекул со стенками ёмкости, в которой он находится. Если шина в месте контакта с дорогой сжимается, то расстояние между ней и ободом в этой области уменьшается, количество ударов об их в единицу времени становится больше, давление локально повышается.

В этом можно убедиться, надавливая на накачанную шину пальцем,- чем на большую величину её нужно прогнуть, тем существеннее силу надо приложить. Объясняется это тем, что возрастает сила со стороны воздуха на внутреннюю область шины под пальцем, то есть его давление на эту часть увеличивается, так как её площадь практически не изменяется. Если бы вследствие локального воздействия давление равномерно перераспределялось по всей площади, с которой контактирует воздух, то сила бы заметно не увеличивалась, и пневмошину было бы довольно легко прогнуть до обода, что сделало бы затруднительным её практическое применение.