¿Por qué los neumáticos delgados requieren menos esfuerzo de pedal?

Su reclamo de apertura:

Todo el mundo sabe (cita requerida) que (con un diámetro de llanta fijo) los neumáticos con una sección más pequeña requieren menos esfuerzo para moverse (al menos en una carretera pavimentada).

En realidad no es cierto . Tu siguiente afirmación tampoco es cierta. El área del parche de contacto para una llanta será casi la misma, independientemente del ancho de la llanta que se use, para una presión determinada. Si tengo un neumático que se infla hasta 100 psi, y la bicicleta y yo pesamos 200 libras, el parche de contacto entre ambas ruedas será de casi 2 pulgadas cuadradas. La presión es la fuerza dividida por el área.

Su tercer reclamo tampoco es cierto, ya que la fricción estática es aproximadamente proporcional solo a la fuerza normal, y ni siquiera importa, ya que cuando el parche de contacto toca el suelo, ¡ ni siquiera se mueve !

Al variar el ancho del neumático, mientras que el área de contacto se mantiene constante, la forma es diferente, en particular, el parche se vuelve más corto a medida que el neumático se ensancha. Esto se traduce en un menor desplazamiento vertical del caucho en el neumático a medida que rueda la rueda. La respuesta de Ross Millikan describe que la desviación en el caucho es la principal fuente de resistencia a la rodadura relacionada con los neumáticos.

Resulta que, para presión fija , los neumáticos más anchos tienen menos resistencia a la rodadura que los neumáticos estrechos.

El elemento clave no es el ancho del neumático, es la presión más alta. Es mucho más fácil hacer un neumático pequeño de alta presión que uno ancho, con pesos y costos razonables. Además, debido a que fabricar una llanta ancha de alta presión es más desafiante, puede requerir medidas como bandas de rodadura más gruesas que aumentan el costo de energía de las desviaciones de las llantas, de modo que es un neto negativo sobre una mayor deflexión del caucho del software, y así sucesivamente.

Ni siquiera voy a abordar su teoría del torque porque obviamente está confundido en cuanto a las fuerzas en juego.

La pérdida es fricción en la deformación del caucho del neumático. Cuando flexiona el neumático de redondo (cuando no está en el suelo) a plano (cuando toca el suelo) se genera calor. Si el neumático es más angosto y la presión es más alta, hay menos caucho involucrado en la flexión. Es cierto que una presión más alta significa menos parche de contacto, pero eso no es importante aquí. Este es un argumento de energía, no de torque.

Si quieres hablar de pares, no entiendo por qué crees que la fricción debería acelerar la rueda. Diría que la parte del neumático que entra en contacto produce un par de retardo y la parte que deja el contacto produce un par de aceleración. Ambos pares se reducen porque la línea de acción (casi vertical) es casi a lo largo del radio de la rueda. El par de retardo es mayor debido a las pérdidas mencionadas anteriormente. Esto es realmente lo mismo que el argumento de la energía anterior, como debe ser. Las pérdidas son las mismas, se mire por donde se mire.

Una respuesta que nunca he visto para esta pregunta es que el momento de inercia del neumático más gordo es mayor que el de un neumático delgado.

Incluso a baja presión, una llanta más gruesa retendrá más aire que una llanta delgada. Esto significa que hay una mayor masa de aire que debe girar; por eso, los neumáticos más gruesos requieren más esfuerzo. A la misma presión, habrá aún más aire en el neumático grueso que en el delgado.

Esta pregunta es confusa con algunas declaraciones erróneas, pero voy a probar su "asimetría de fuerzas". Si esto no es lo que quiere decir con "asimetría de fuerzas", le sugiero que lo aclare, ya que muchas personas se han cansado de responder la pregunta de varias maneras.

Se realiza trabajo sobre la goma para deformarla. El trabajo es la fuerza integral en la dirección del trabajo. El trabajo y el calor tienen la misma unidad de medida.

Sí, se aplica la conservación de la energía.

En el borde delantero se trabaja sobre el neumático (integral de fx ds) para desplazarlo. El neumático no es como un resorte donde el trabajo se devuelve en el borde de cola. Prácticamente todo el trabajo se traduce en calor (fricción en la goma). El calor es más intenso de lo que piensas: se necesita mucho trabajo para producir calor. Obtiene un resorte muy pequeño de la parte posterior de goma en el extremo de la cola. El calor no solo se acumula como temperatura, sino que luego se transfiere a la atmósfera.

La deformación en la parte delantera también actúa sobre el aire del neumático. En el extremo de la cola, el aire en el neumático funciona para empujarlo hacia afuera. La mayor parte de este trabajo se devuelve. Parte de este trabajo en el aire del neumático se traduce en energía cinética aleatoria (temperatura) y eso equivale al trabajo no devuelto en el borde de cola. El otro problema que hay en el extremo de la cola debido a la demora en la mayor parte de este trabajo de empujar hacia atrás ni siquiera es contra la carretera para impulsar el neumático. Es un trabajo realizado sobre el caucho y la atmósfera.

Un neumático con más desplazamiento tiene más resistencia. Esa resistencia es más más calor. Hay conservación de la energía.

A velocidad constante , equilibrio instantáneo, el momento de inercia no tendrá ningún efecto sobre el esfuerzo del pedal . Sin embargo, si hay aceleraciones , el momento de inercia de un neumático grueso y pesado jugará un papel importante. Dado que los cambios de velocidad son comunes incluso y especialmente con los tipos Eddy Merckx, en general , el momento de inercia de un neumático de bicicleta+rueda importa con respecto al esfuerzo del pedal.