¿Por qué es necesario llenar un neumático con aire?

No quiere perder energía, no solo por eficiencia energética sino principalmente por el deseo de alcanzar altas velocidades y reducir el deterioro de las ruedas, cuando las ruedas están cambiando de forma debido a la presión causada por el peso del vehículo. .

Si desea apretar las ruedas con goma un centímetro, necesita una fuerza sustancialmente mayor si las llantas están llenas de aire cuya presión es de muchas atmósferas que si tiene "solo la goma". Por lo que las ruedas infladas a 4 atmósferas garantizan que las ruedas sean más rígidas y la marcha más suave.

Esta ventaja se vuelve más importante a velocidades más altas porque la rueda podría deformarse muchas veces por segundo a velocidades más altas. Y se vuelve más importante para los vehículos más grandes (en relación con los juguetes) porque su masa crece a medida que$R^3$con el radio$R$mientras que se espera que el área de la rueda crezca como$R^2$solamente. Entonces, la presión (fuerza por unidad de área de las ruedas) se vuelve mayor para vehículos más grandes. No es un problema para los juguetes, pero los vehículos grandes deben tener ruedas resistentes a presiones mucho más altas.

Por el contrario, la necesidad de alta presión en las ruedas disminuye si el área de las ruedas es grande (las ruedas son "anchas") y si el coche es relativamente ligero. Entonces, los autos de fórmula uno solo usan alrededor de 1 atmósfera en las ruedas. Además, las bicicletas de montaña (ruedas gruesas, caminos llenos de baches, bajas velocidades esperadas) a menudo tienen solo 2 atmósferas, mientras que las bicicletas de carreras (ruedas delgadas, caminos suaves, altas velocidades esperadas) pueden bombear a 15 atmósferas.

Los tanques son un problema diferente porque el caucho es relativamente muy delgado (relativamente a "ruedas enteras hechas de caucho") y es el metal "justo debajo" del caucho el que es resistente y no resiste la presión. Además, su velocidad es menor y están transitando por un terreno no uniforme en el que el ajuste de la forma de las ruedas o sus contrapartes puede ser una buena cosa.

Otra pregunta, un poco opuesta a la original, sería por qué las ruedas no están hechas solo de metales. Bueno, ese sería un viaje incómodo y el metal también se dañaría muy rápidamente. Uno necesita algo de "espacio libre" para que el grosor de los neumáticos pueda cambiar unos centímetros si es realmente necesario. Por otro lado, uno no quiere que los neumáticos cambien fácilmente. Una capa de aire a alta presión es una gran y simple respuesta a ambas condiciones.

El aire es un buen manantial.

Ese auto de juguete pesa solo unos 100 g, un auto real pesa 2000 kg. El viaje en ese automóvil es muy duro, no se sentiría muy cómodo conduciendo sobre baches.

El aire es la mejor solución de ingeniería. Funciona bastante bien y es ligero y barato.

Necesita algo de cumplimiento en los neumáticos para mayor comodidad y para ayudarlos a agarrarse a la carretera. En principio, se puede fabricar un neumático macizo con la misma flexibilidad que un neumático, pero sería más caro y pesado.

Los neumáticos macizos se utilizan cuando el peso y la comodidad no son un problema y/o las velocidades son bajas y los neumáticos deben ser muy robustos. Un ejemplo es la maquinaria de construcción. Como usted señala, en aplicaciones especializadas como tanques, los neumáticos no se usan en absoluto. Pero esto no es representativo de la conducción diaria: no puedes pedirle a la gente que deje de dispararte mientras arreglas un pinchazo :-)

El uso del aire radica principalmente en el hecho de que "las ruedas de los vehículos de carretera tienen que encontrar una gran cantidad de obstáculos en su camino". El aire (más específicamente el gas) tiene una densidad y una viscosidad más bajas, tiene un coeficiente de expansión más alto y también ejerce una presión más baja y mucho más uniforme en todas y cada una de las superficies del tubo. Además, proporciona un medio para la contracción y expansión del neumático independientemente del caucho o cualquier otro material (es decir, el aire se contrae o expande fácilmente). Por lo tanto, reduce el desgaste causado por la fricción de la goma con el borde de la rueda.

Cabe señalar que los autos de carrera y las aeronaves utilizan nitrógeno en lugar de aire debido a su calidad basada en la presión y principalmente en la humedad . ese es otro tema ...

Los neumáticos de Mini 4WD y muchos otros autos de juguete no requieren aire debido a sus neumáticos de alta fricción y menos peso corporal. La carrocería de un coche de juguete pesa unos 400 g y su neumático de gran diámetro pesa unos$20\times4$. Bueno, eso es alrededor de 80 g. La mayoría de los autos de juguete tienen la mitad (al menos el 30%) de su peso cargado en sus llantas en forma de caucho. Configurar un automóvil como ese sería sin aire seguro...

Pero no me puedo imaginar, " ¿Qué le sucede a su BMW o Mercedes cuando está cargado con neumáticos de goma sin aire que pesan la mitad del peso total de la carrocería? Los fabricantes se convertirían en mendigos de la noche a la mañana :-)

Hay neumáticos sin aire ( no neumáticos) que podrían usarse tradicionalmente..! Echa un vistazo a sus prácticas . Los tanques militares, las excavadoras y varios otros vehículos pesados ​​utilizan orugas continuas . Porque tienen que moverse a través de superficies irregulares y, a veces , escalar pendientes más difíciles con facilidad (no necesitan un pinchazo). Pero , la eficiencia y la velocidad importan aquí. No pueden ir a más de 30-40 km/h. Tienen muchas desventajas, como "galones" de requisitos de combustible, dañan las superficies más blandas, etc., lo que los hace peores que los neumáticos de carretera...

Mi pregunta es: "¿Podrías derrapar, arrastrar o agregar nitroso con estos neumáticos sin aire?

No olvide que el sistema de ruedas del tanque (llamado 'chenille' (oruga) en francés) es a prueba de balas, tal vez a prueba de minas. Requiere mucha más energía ya que es más fricción (además de que un tanque es MUY pesado) que las ruedas convencionales.

La Fórmula 1 tiene neumáticos muy grandes, pero resortes metálicos muy resistentes. Los neumáticos son mucho mejores que las suspensiones ya que están en contacto directo con la carretera.

Cuanto más pequeño es un objeto, más ligero es, en una escala de raíz cúbica (creo): si reduce la longitud de un automóvil en 2, divide su volumen, por lo tanto, su peso, entre 8. Si pone goma blanda en RC coches, creo que es suficiente. (teniendo en cuenta que las dimensiones del coche siguen siendo proporcionales).

Porque el aire es un material de ingeniería ligero y barato.

Las ruedas realizan varias funciones:

• Levanta el coche del suelo
• Proporcionar una baja resistencia a la rodadura.
• Transferir energía del motor a la carrocería del vehículo.
• Proporcione fricción a la superficie para que la transferencia de energía (aceleración o desaceleración) sea eficiente y el manejo sea suficiente
• Proporcione cierto cumplimiento en superficies de carreteras irregulares

Ahora puede diseñar un neumático con muchas o todas esas características que no requieran aire, pero probablemente será más costoso y más pesado.

La parte más pesada es en realidad un gran problema: las ruedas infladas, para la carga que transportan, son muy, muy livianas. Cuando estás acelerando, perderías mucha energía al acelerar la rueda si tuviera una masa más alta, y al frenar tendrías más dificultades nuevamente con esa energía almacenada. A altas velocidades, estos cuatro volantes pueden alterar significativamente la dinámica del vehículo cuanto más pesados ​​son.

Pero si tiene una secuencia laminada de materiales que forman una capa delgada y aire, puede tener todos los beneficios anteriores en una rueda de muy bajo peso y bajo costo.

El auto RC en el OP es lo suficientemente liviano como para que la cubierta de goma en sí misma brinde suficiente soporte sin agregar presión en el interior. Las capacidades de apoyo del caucho (y los diversos materiales que usan ahora) no alcanzan el nivel de los vehículos de 1,000 libras en una carcasa delgada.