Como os pneus suportam um automóvel

Podemos ficar imaginando como é possível que um pneu tendo apenas 30 lb/pol² de pressão consegue suportar um carro. Este é uma questão interessante e se relaciona a muitos outros tópicos, como, por exemplo, qual a força necessária para que um pneu role na rodovia ou, por que os pneus esquentam quando o carro se movimenta (e quais os problemas decorrentes disto).

Da próxima vez que entrar em seu carro, não se esqueça de examinar bem os pneus. Notará que eles, de fato, não são perfeitamente arredondados. Existe um lugar plano na base onde os pneus se apóiam na pista. Este local plano é denominado contato pneu-solo, como ilustrado abaixo.

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Pneu mostrando a lateral e a base do contato pneu-solo

É possível medir a extensão do contato pneu-solo olhando-se o pneu do carro através de uma pista de vidro. Pode-se também estimar com razoável precisão o peso do automóvel medindo-se a área de contato pneu-solo de cada pneu, somando as áreas e multiplicando essa soma pela soma das pressões dos pneus.

Como existe uma certa pressão por polegada quadrada no pneu, digamos, 30 lb/pol², percebe-se ser necessário um número razoável de polegadas quadradas de contato pneu-solo para suportar o peso do carro. Se o peso for aumentado ou a pressão for diminuída, haverá necessidade de mais polegadas quadradas ainda de contato pneu-solo, de modo que a área achatada sob o pneu seja maior.

Pneu adequadamente cheio e pneu com pouca pressão ou sobrecarregado

Pode-se notar que o pneu com pouca pressão, ou sobrecarregado, é menos arredondado do que o adequadamente inflado e carregado adequadamente. Quando o pneu está rodando o contato pneu-solo move-se em torno do pneu para que ele fique sempre na pista. No local onde o pneu encontra a pista da rodovia, a borracha fica curvada. É preciso empregar força para que o pneu dobre e quanto maior a dobra, mais força deve ser aplicada. O pneu não é perfeitamente elástico, quando retorna à sua forma original não devolve toda força que usamos para dobrá-lo. Parte dessa força é convertida em calor devido ao atrito do pneu com o solo e ao trabalho exercido para fletir toda borracha e aço do pneu. Como o pneu com pouco ar, ou sobrecarregado, deforma-se mais, mais força é necessária para impulsioná-lo pela rodovia e mais calor é gerado.

Os fabricantes de pneus algumas vezes publicam os coeficientes de atrito de rolamento para seus pneus. Esse número pode ser usado para se calcular qual a força necessária para impulsionar o pneu na estrada. O coeficiente de atrito de rolamento não tem relação alguma com a tração do pneu, é um coeficiente empregado apenas para calcular a resistência ao arraste ou a resistência ao rolamento dos pneus. Este coeficiente é como qualquer outro coeficiente de atrito: a força necessária para superar o atrito é igual ao coeficiente de atrito de rolamento multiplicado pelo peso sobre o pneu. Esta tabela lista os coeficientes de atrito de rolamento típicos para diferentes tipos de roda.

Tipo de pneu	Coeficiente de atrito de rolamento
Pneus com baixa resistência de rolamento	0,006 - 0,01
Pneus comuns para automóveis	0,015
Pneus de caminhão	0,006 - 0,01
Roda de trem	0,001

A seguir estimamos qual a força que um carro necessita para impulsionar seus pneus na estrada. Digamos que o carro pese 1.814 kg e que os pneus tenham um coeficiente de atrito de rolamento igual a 0,015. A força é igual a 1.814 x 0,015, ou seja 27,21 kg. Vejamos agora qual a potência correspondente a esta força. Consultando o artigo de HowStuffWorks Como funcionam a força, o torque, a potência e a energia, vemos que a potência é igual à força vezes a velocidade. Portanto, a potência que os pneus usam depende da rapidez do movimento do carro. A 121 km/h os pneus estão usando 11,8 cavalos vapor (cv), e a 89 km/h eles usam 8,7 cv. Toda esta potência está sendo transformada em calor. A maioria vai para os pneus, mas parte dela vai para a estrada (o pavimento, na realidade, flete um pouco quando o carro rola sobre ele).

Desses cálculos, conclui-se que as três coisas que influem na força necessária para impulsionar o pneu na estrada (e, em decorrência, qual a quantidade de calor desenvolvida nos pneus) são: o peso sobre os pneus, a velocidade do carro e o coeficiente de atrito de rolamento (que aumentará se a pressão dos pneus diminuir).

Se o carro rodar por superfícies mais macias, como areia, por exemplo, mais calor irá para o solo e menos para os pneus, mas o atrito de rolamento será maior.