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URBANISTICA – Corso di Infrastrutture di Trasporto Dispensa: sostentazione e locomozione

Un atto di trasporto richiede che venga realizzata la sostentazione e la locomozione del mezzo

utilizzato.

La sostentazione può essere assicurata:

a) senza fornire energia, da:

- la reazione del terreno (veicoli terrestri ed aeromobili nei movimenti su pista),

- la spinta idrostatica (natanti),

- la spinta aerostatica (aerostati),

b) fornendo energia, da:

- la spinta idrodinamica (aliscafi),

- la spinta aerodinamica (aeromobili ad ala fissa o rotante),

- la spinta per reazione dell'acqua e del terreno (hovercraft) ottenuta per mezzo di getti

freddi opportunamente incanalati,

- la spinta a reazione dell’aria o dei gas combusti ottenuta per mezzo di getti caldi cui

partecipa il fluido ambiente (esoreattori aeronautici) o meno (endoreattori utilizzati

dai razzi).

La locomozione viene realizzata sempre mediante l'energia fornita da un motore ad un propulsore.

Un propulsore può essere definito come il sistema meccanico capace di trasmettere al veicolo sul

quale è installato la forza che ne provoca il moto.

I vari sistemi di propulsione possono riassumersi come segue:

a) traino con fune (funicolari, funivie, seggiovie, ecc.);

b) cremagliera (treni a cremagliera);

c) ruota motrice (autoveicoli, locomotori);

d) ruota trainata (veicoli stradali e ferroviari rimorchiati, funicolari);

e) elica (natanti, aeromobili);

f) esoreattore (aeromobili e missili);

g) endoreattore (razzi);

I sistemi a fune, a ruota, a cremagliera sfruttano l'aderenza (naturale o artificiale) sviluppata nel

contatto fra due corpi non in scorrimento tra loro; gli altri (sistemi a reazione) sfruttano, invece, la

variazione della quantità di moto del fluido ambiente (reazione indiretta: motore + propulsore

elica), della massa dello stesso sistema propulsore (reazione pura: razzo) o di entrambi (reazione

diretta: reattore con unico complesso motore-propulsore).

I sistemi a ruota, trainata o motrice, sono sempre basati su due coppie cinematiche: ruota di frizione

e perno-cuscinetto.

URBANISTICA – Corso di Infrastrutture di Trasporto Dispensa: sostentazione e locomozione

Le forze agenti sul veicolo

Sistema di riferimento

Fissare un sistema di riferimento è utile per poter individuare e studiare le diverse componenti delle

forze che agiscono sul veicolo.

Le forze che agiscono su un veicolo possono essere distinte in:

– Forze di aderenza

– Forza peso

– Resistenze al moto (forze che si oppongono al moto del veicolo)

o resistenza al rotolamento

o resistenza in curva

o componente della forza peso che si oppone al moto (per moto in salita)

o resistenza aerodinamica

– Forze frenanti

– Forze di trazione

Aderenza

Lungo l’asse verticale (z), la sede stradale esercita una reazione uguale ed opposta alla risultante,

, di tutte le forze verticali scaricate dal veicolo (in generale la componente della forza peso

Fz tot

ortogonale alla pavimentazione).

Tale reazione, ancora pari a Fz , è distribuita tra le superfici di impronta dei pneumatici:

tot

Le pressioni superficiali medie (tensioni normali) che agiscono sulle aree di impronta dei

pneumatici sono date da:

σ = Fz / s = Fz / s (ipotizzando una distribuzione uniforme dei carichi)

s i pz i pz σ τ

Alle tensioni normali, , se il veicolo è in movimento, si accoppiano delle tensioni tangenziali, ,

s s

agenti nel piano xy, che dipendono dal tipo di contatto tra pneumatici e pavimentazione.

Si ha aderenza quando le due superfici a contatto “non scorrono” tra loro.

Si ha attrito quando, invece, le superfici a contatto “scorrono” tra loro.

Consideriamo le sole componenti secondo l’asse del moto delle tensioni tangenziali ed

τ ; la forza tangenziale totale che la pavimentazione trasmette ad

indichiamone il valore medio con s y

ogni pneumatico è pari a: Fy = s y spz

τ τ σ

Il rapporto tra Fy ed Fz è un coefficiente, pari evidentemente al rapporto tra s y e (intesi sempre

s

come valori medi):

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Fy / Fz = s y / s = f

τ σ

Fino ad un certo valore del rapporto Fy / Fz si rimane in condizione di aderenza (senza scorrimento

relativo tra le superfici a contatto), oltre un certo limite si è in condizioni di attrito (si ha

scorrimento relativo tra le superfici a contatto).

Il coefficiente di aderenza limite, f , è il valore limite del rapporto Fy / Fz oltre il quale si passa in

ay

condizioni di attrito. ≤

Pertanto, per permanere in condizioni di aderenza si deve avere: Fy f Fz

ay

La quantità f Fz è detta forza di aderenza massima, ed è il valore massimo della forza tangenziale

ay

che la sede stradale può trasmettere al pneumatico

Se il pneumatico scorre rispetto alla sede stradale, la forza che si instaura tra i corpi a contatto è

detta forza di attrito ed è pari a:

Fa y = f Fz

att

dove:

è detto coefficiente di attrito

f

att

Si ha sempre: f < f

att ay

Entrambi i coefficienti si ricavano sperimentalmente e dipendono da diversi fattori:

– natura e caratteristiche della superficie stradale

– disegno del battistrada e pressione del pneumatico

– velocità di avanzamento del veicolo

– presenza di acqua, umidità, polvere ghiaccio

Valori indicativi del coefficiente di aderenza:

– conglomerato bituminoso asciutto 0,4-0,6

– “ “ umido 0,3-0,5

– “ “ bagnato 0,1-0,3

- conglomerato cementizio asciutto 0,6-0,8

– “ “ umido 0,4-0,5

– “ “ bagnato 0,2-0,4

– strada oleosa 0,1-0,2

– ghiaccio 0,05-0,1

Si noti come la forza massima trasmissibile, pari al prodotto del coefficiente di aderenza per la

risultante delle forze verticali, si dimezzi al passare da strada asciutta a strada bagnata.

Se si considera il veicolo nel suo insieme:

– in fase di moto la forza di aderenza massima è proporzionale al peso che il veicolo scarica sulle

ruote motrici (peso aderente, Fzad):

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Fy fay Fzad

– in fase di frenatura la forza di aderenza massima è proporzionale al peso che il veicolo scarica

sulle ruote frenanti (peso frenato, Fzfr):

Fy fay Fzfr

Per le autovetture, in generale, solo due ruote sono motrici, per cui il peso aderente è inferiore (circa

½) al peso totale; per le auto a trazione integrale (4x4) il peso aderente è pari al peso totale. Invece,

in generale, tutte le ruote sono frenanti, per cui il peso frenato è pari al peso totale.

Resistenze al moto

Sono tutte le forze esterne che si oppongono al moto di un veicolo

Resistenza al rotolamento

Durante il moto di un veicolo stradale, la reazione della pavimentazione, risultante degli sforzi

normali trasmessi alla ruota, è spostata dal lato del moto rispetto all’asse della ruota:

Nasce pertanto una “coppia resistente” pari a: Fz e

f

L’eccentricità e , e pertanto la resistenza, aumenta all’aumentare della velocità Sperimentalmente si

f

è visto che, per veicoli in moto rettilineo, la resistenza al rotolamento si può esprimere come una

forza pari a:

= m (c + b v )

r

r 2

dove:

m è la massa del veicolo (kg)

c e b sono parametri sperimentali (m/sec ; 1/m)

2

v è la velocità del veicolo (m/sec)

Forza peso

E’ una forza che si somma alle resistenze solo per veicoli su di un piano inclinato; ha lo stesso

segno delle resistenze per moto in salita; ha segno opposto per moto in discesa. La forza peso è

diretta verso il centro della terra, è applicata al baricentro del veicolo ed è pari a:

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P = m g

dove:

m è la massa complessiva del veicolo (kg)

g è l’accelerazione di gravità (9,81 m/sec )

2

Nel caso di un veicolo su un piano inclinato, la componente che si oppone al moto è:

P tg (γ) = P i = m g i con “i” pendenza della livelletta (positiva se salita)

P sen(γ) ≅

Resistenza in curva

E’ molto modesta per veicoli stradali. E’ dovuta al moto di deriva prodotto dall’azione della forza

centrifuga sul veicolo.

La forza centrifuga è una forza applicata al baricentro del veicolo, con direzione nel piano del moto

ed ortogonale alla tangente alla traiettoria, pari a:

2 / R

Fc = m v

con: m massa del veicolo (kg)

v velocità del veicolo (m/sec)

R raggio della curva (m)

Sperimentalmente si è visto che, per i veicoli stradali, la resistenza in curva è proporzionale alla

forza centrifuga:

2

rc = cc m v / R

dove cc vale 0,01-0,02.

Resistenza aerodinamica

E’ la resistenza che incontra un veicolo muovendosi in un fluido, in questo caso aria.

Si scompone in: Frontale

Posteriore

Laterale


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AUTORE

Atreyu

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+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

In questo materiale didattico vengono trattati i seguenti argomenti. Forze agenti sul veicolo: aderenza. Resistenze al moto: rotolamento, forza peso, resistenza in curva, resistenza aerodinamica. Equazioni generali del moto: analisi e soluzione dell'equazione. Forza di trazione. Diagramma elementare del moto e prestazioni del veicolo isolato.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in urbanistica
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Infrastrutture e mobilità territoriale - Infrastrutture di trasporto e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Mediterranea - Unirc o del prof Cirianni Francis.

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