Vous vous êtes peut-être demandé comment un pneu de voiture avec une pression de 30 livres par pouce carré (psi) peut supporter une voiture. C’est une question intéressante, et elle est liée à plusieurs autres problèmes, tels que la force nécessaire pour pousser un pneu sur la route et pourquoi les pneus chauffent lorsque vous conduisez (et comment cela peut entraîner des problèmes).
La prochaine fois que vous monterez dans votre voiture, examinez de près les pneus. Vous remarquerez qu’ils ne sont pas vraiment ronds. Il y a une tache plate sur le fond où le pneu rencontre la route. Cet endroit plat s’appelle le patch de contact.
Si vous regardiez une voiture à travers une route vitrée, vous pourriez mesurer la taille de la zone de contact. Vous pourriez également faire une assez bonne estimation du poids de votre voiture, si vous mesuriez la surface des plaques de contact de chaque pneu, les additionniez, puis multipliez la somme par la pression des pneus.
Puisqu’il y a une certaine quantité de pression par pouce carré dans le pneu, disons 30 psi, alors vous avez besoin de quelques pouces carrés de surface de contact pour supporter le poids de la voiture. Si vous ajoutez plus de poids ou diminuez la pression, vous avez besoin d’encore plus de pouces carrés de surface de contact, de sorte que le point plat s’agrandisse.
Vous pouvez voir que le pneu sous-gonflé / surchargé est moins rond que le pneu correctement gonflé et correctement chargé. Lorsque le pneu patine, la zone de contact doit se déplacer autour du pneu pour rester en contact avec la route. À l’endroit où le pneu rencontre la route, le caoutchouc est plié. Il faut de la force pour plier ce pneu, et plus il doit se plier, plus il faut de force. Le pneu n’est pas parfaitement élastique, donc lorsqu’il reprend sa forme d’origine, il ne renvoie pas toute la force qu’il a fallu pour le plier. Une partie de cette force est convertie en chaleur dans le pneu par le frottement et le travail de flexion de tout le caoutchouc et de l’acier dans le pneu. Puisqu’un pneu sous-gonflé ou surchargé doit plier davantage, il faut plus de force pour le pousser sur la route, donc il génère plus de chaleur.
Les fabricants de pneus publient parfois un coefficient de frottement de roulement (CRF) pour leurs pneus. Vous pouvez utiliser ce nombre pour calculer la force nécessaire pour pousser un pneu sur la route. Le CRF n’a rien à voir avec l’adhérence du pneu; il est utilisé pour calculer la quantité de traînée ou de résistance au roulement causée par les pneus. Le CRF est comme tout autre coefficient de frottement: la force nécessaire pour surmonter le frottement est égale au CRF multiplié par le poids sur le pneu. Ce tableau répertorie les CRF typiques pour plusieurs types de roues.
Coefficient de frottement de roulement par type de pneu
- Pneu de voiture à faible résistance au roulement : 0,006 – 0,01
- Pneu de voiture ordinaire : 0,015
- Pneu de camion : 0,006 – 0,01
- Roue de train : 0,001
Voyons la force qu’une voiture typique pourrait utiliser pour pousser ses pneus sur la route. Disons que notre voiture pèse 1814,369 kg (4 000 livres) et que les pneus ont un CRF de 0,015.
La force est égale à 4000 x 0,015, ce qui équivaut à 60 livres (27,215 kg). Voyons maintenant combien de puissance cela représente. Si vous avez lu l’article HowStuffWorks Comment la force, le couple, la puissance et l’énergie fonctionnent, vous savez que la puissance est égale à la force multipliée par la vitesse.
Ainsi, la quantité d’énergie utilisée par les pneus dépend de la vitesse de la voiture. À 120,7 km / h (75 mi / h), les pneus utilisent 12 chevaux et à 55 mi / h (88,513 km / h), ils utilisent 8,8 chevaux. Toute cette puissance se transforme en chaleur. La majeure partie entre dans les pneus, mais une partie dans la route (la route se plie un peu lorsque la voiture passe dessus).
À partir de ces calculs, vous pouvez voir que les trois choses qui affectent la force nécessaire pour pousser le pneu sur la route (et donc la quantité de chaleur qui s’accumule dans les pneus) sont le poids sur les pneus, la vitesse à laquelle vous conduisez et le CRF. (qui augmente si la pression diminue).
Si vous conduisez sur des surfaces plus molles, comme le sable, plus de chaleur pénètre dans le sol et moins dans les pneus, mais le CRF augmente considérablement.
