Impiego della potenza sviluppata E CONSUMI

Se non esistessero gli attriti dell’aria, delle ruote sull’asfalto e quelli interni degli organi in movimento non sarebbe necessario spendere energia per mantenere in movimento l’automobile. 

Dato che questi attriti esistono il motore deve continuamente bruciare benzina per produrre il lavoro necessario a vincerli.

L’attrito dell’aria è circa proporzionale al quadrato della velocità del veicolo, mentre l’attrito tra asfalto e pneumatico non dipende dalla velocità ma solo dalla natura del pneumatico, dal tipo di asfalto e dal peso della vettura.

In fase di accelerazione compare anche la forza di inerzia, data dal prodotto della massa del veicolo per l’accelerazione; inoltre, se la strada è in salita, occorre vincere anche la gravità. 

Supponendo per ora che la strada sia in piano, possiamo scrivere:

Fp=Kv2 (attrito aria)

Fa=γmg (attrito asfalto)

Fi=ma (inerzia)

• Fp è la forza di resistenza dell’aria alla penetrazione del veicolo;

• K è una costante che dipende dalla superficie totale della vettura e dalla sua forma aerodinamica, nonché dalla densità dell’aria;

• v è la velocità della vettura;

• Fa è la forza di attrito tra pneumatico e asfalto;

• γ è il coefficiente di attrito tra pneumatico e asfalto;

• m è la massa del veicolo;

• Fi è la forza di inerzia;

• a è l’accelerazione del veicolo in fase di ripresa;

• g è l’accelerazione di gravità.

La potenza del motore consentirà di vincere queste forze resistenti con una determinata velocità, calcolabile con la formula seguente:

P=Ftv , con Ft = Fp + Fa + Fi

quando la vettura si mette in movimento, le forze d’attrito saranno ridotte a causa della bassa velocità e quindi tutta la potenza sarà impiegata per vincere la forza d’inerzia, l’accelerazione sarà quindi elevata.

Man mano che la velocità aumenta, aumenteranno le forze d’attrito e quindi l’accelerazione andrà gradualmente diminuendo fino alla velocità di regime o velocità massima, in corrispondenza alla quale l’accelerazione è nulla e tutta la potenza del motore dovrà essere impiegata per vincere le forze d’attrito.

Un motore potente consentirà in fase di ripresa di avere grandi accelerazioni e, terminata la fase di ripresa, sarà in grado di dare alla vettura una buona velocità massima. Se si tiene conto che alla velocità di regime, l’accelerazione è nulla, e quindi non vi è più forza d’inerzia, se si considera che, ad alta velocità, la forza di attrito tra pneumatico e asfalto diviene trascurabile rispetto alla resistenza di penetrazione dell’aria, possiamo scrivere:

P = Kv3

 quindi:

v = (P/K)⅓

la velocità massima della vettura, quindi, dipende dalla radice cubica della potenza.

Questo significa che, se si vuole raddoppiare la velocità, occorre un motore otto volte più potente e un aumento della potenza del motore di circa il 50% permette di incrementare la velocità massima di solo il 14%. Quindi, anche aumenti considerevoli della potenza dei motori non portano grandi incrementi della velocità massima delle vetture, ma vanno soprattutto a migliorarne la ripresa.

Si definisce consumo specifico il rapporto tra la quantità di carburante consumato dal motore e l’energia (= potenza per tempo) da esso erogata.

Il consumo specifico varia in funzione del regime di rotazione.

La curva che indica il consumo specifico di un motore viene spesso affiancata alle curve della coppia e della potenza poiché essa dipende dalle altre due: infatti, il consumo specifico del motore è minimo in prossimità del numero di giri in cui il motore sviluppa la coppia massima e, viceversa, è massimo in prossimità dei punti dove la coppia è minima.

La coppia è influenzata dal rendimento volumetrico e termico esattamente come il consumo specifico. La diminuzione del rendimento volumetrico, infatti, abbassa il rendimento del motore poiché, diminuendo la quantità di miscela introdotta nei cilindri, le perdite meccaniche, in pratica costanti con ogni carico, sono relativamente maggiori se confrontate con la minore quantità d’energia sviluppata.