Breedte van F1-band

[Chatelier]

Hallo iedereen,
ik weet dat formule 1 wagens op brede banden rijden om de bandenslijtage te beperken, maar leveren bredere banden ook meer grip op?
Een groter oppervlak betekent meer wrijving, maar wel lagere druk en een kleiner oppervlak betekent minder wrijving en hogere druk. Zorgt de druk op de grond dan niet dat de grip in beide gevallen hetzelfde is?

[Benm]

In principe heb je gelijk: het maakt niet uit hoe groot het contactoppervlak is bij een bepaald gewicht, de wrijving is hetzelfde.

Slijtage zal een reden zijn om een groter oppervlak te kiezen, maar wellicht ook opwarming: de geproduceerde energie door wrijving is niet afhankelijk van het oppervlak, maar de resulterende temperatuur wel. Banden wil je warm hebben, maar liever niet zo warm dat ze in brand vliegen.

[Michel Uphoff]

Slijtage en oververhitting lijken mij valide redenen.
 
Ik denk dat ook de weerstand tegen vervorming een rol speelt.
Stel je een erg smalle band voor in een scherpe bocht waarbij grote zijwaartse krachten op de band worden uitgeoefend. Die band heeft de neiging van de velg gerold te worden tenzij de bandspanning enorm opgevoerd wordt. Een bredere band heeft een gunstiger breedte-hoogte verhouding en kan zo meer zijwaartse krachten opvangen.
 
Er zal wel een compromis gevonden moeten worden, want te brede banden leveren weer te veel luchtweerstand op.

[Marko]

In principe heb je gelijk: het maakt niet uit hoe groot het contactoppervlak is bij een bepaald gewicht, de wrijving is hetzelfde.

 
Dat geldt alleen voor statische wrijving, met andere woorden zo lang de band stilstaat ten opzichte van het wegdek, in nog weer andere woorden: Als de auto rechtdoor rijdt en niet slipt.
 
Los daarvan berust de benadering sowieso op de aanname dat wrijvingskracht proportioneel is met de normaalkracht, dit is een goede eerste benadering maar verre van exact. Wanneer adhesiekrachten bijdragen aan de wrijving gaat de benadering sowieso niet op, en adhesie speelt een belangrijke rol bij F1-banden, de compound wordt daar speciaal voor geformuleerd.
 
Een laatste reden is, zoals Michel ook al noemde, de grotere weerstand tegen vervorming. De veer- en dempingseigenschappen van het rubber moeten immers aansluiten bij die van de rest van de auto. En F1-wagens zijn "behoorlijk" stug afgeveerd.

[Benm]

Oh, uiteraard is het een hele wetenschap, ook wat voor patroon er in die banden moet zitten voor bepaalde omstandigheden en dergelijke. Maar in de basis is het toch wel slijtage en opwarming denk ik.

Te brede banden geven meer luchtweerstand, maar ik vermoed dat het nog een nadeel heeft: in de bocht. Als je een idoot brede band zou maken (zeg zo breed als de hele auto) dan kan die niet echt door een bocht rollen: aan de buitenkant van de bocht moet het immers sneller over het asfalt dan aan de binnenkant. De enige manier om dat te doen is door deels te slippen. Bij een gangbare band zal dit ook optreden, maar een stuk minder sterk zijn dan een idioot brede band (denk aan zo'n wals waarmee ze asfalt aandrukken, die heeft niet echt een lekkere draaicirkel ).

[Chatelier]

bedankt iedereen, jullie uitleg is heel duidelijk, maar ik heb eens gehoord, dat als je temperatuur, slijtage, vervorming, slippen en al die dingen buiten spel laat, F1 wagens even goed op fietsbanden zouden kunnen rijden, omdat in dat geval de grotere druk op de grond het verlies aan contactoppervlak compenseert qua grip. Kunnen jullie dit bevestigen of weerleggen?

[Michel Uphoff]

Ik denk niet dat dat correct is. Marko gaf al aan dat adhesie een belangrijke rol speelt bij F1. De banden kleven aan de baan. Hoe meer oppervlak hoe groter de totale kleefkracht.

[Benm]

Dat is nog een lastige: die adhesie is min of meer gevolg van de warme banden die aan het oppervlak wat smelten waardoor het rubber goed plakt aan het wegdek. Dat gaat in de regel beter als er al een boel rubber van voorgangers of vorige ronden aan het wegdek zit.

Ergens denk ik echter dat deze kleefkracht ook proportioneel is met de druk op het wegdek, in ieder geval tot een zekere grens. Dit is echter praktische materiaalkunde, geen klassieke mechanica.

Normaliter kijk je in mechanica naar statische en/of dymaische wrijving, niet naar "rare" situaties waarbij je alles door elkaar hebt, inclusief bijkomende effect als banden die zo heet zijn dat ze een beetje met het wegdek versmelten. In de racesport zal men dat uiteraard wel doen, mogelijk goeddeels op empirische basis.

[Marko]

bedankt iedereen, jullie uitleg is heel duidelijk, maar ik heb eens gehoord, dat als je temperatuur, slijtage, vervorming, slippen en al die dingen buiten spel laat, F1 wagens even goed op fietsbanden zouden kunnen rijden, omdat in dat geval de grotere druk op de grond het verlies aan contactoppervlak compenseert qua grip. Kunnen jullie dit bevestigen of weerleggen?

 
Nouja, als je alle zaken waarin de breedte (c.q. contactoppervlak) een rol speelt verwaarloos, blijft vanzelf alleen datgene over waarin het géén rol speelt, en dan, maar alleen in dat hypothetische geval, zou het inderdaad net zo goed op fietsbanden kunnen.
 
We kunnen het beter omdraaien of terugbrengen naar waar het om gaat: Er is een wet, de tweede wrijvingswet van Amonton, die stelt dat de wrijvingskracht onafhankelijk is van het contactoppervlak. De achterliggende gedachte is inderdaad min of meer zoals je hierboven formuleert.
 
Als die wet het hele verhaal zou zijn, dan zou het verhaal van de F1-auto op fietsbanden inderdaad opgaan. Maar die wet is niet het hele verhaal.
 

Ergens denk ik echter dat deze kleefkracht ook proportioneel is met de druk op het wegdek, in ieder geval tot een zekere grens. Dit is echter praktische materiaalkunde, geen klassieke mechanica.

 
Dan is zeker niet het geval. Probeer maar eens een stukje plakband los te trekken. Nauwelijks tot geen neerwaartse druk, maar een enorme kleefkracht.

[Jan van de Velde]

Ik denk dat ook de weerstand tegen vervorming een rol speelt.

 
Ja, en niet alleen zijwaarts: probeer eens te bedenken wat er gebeurt als je de volle trekkracht van een F1 motor op het wegdek probeert over te brengen via een (fiets)bandje van een centimeter of 4 breed. Zodra je het gaspedaal aantikt vliegen denkelijk de brokken rubber rond je oren.