Wieso sind die Reifen so breit? (Physik-Dilemma)

  • Guten Tag. Als erstes will ich sagen, dass ich so viel Ahnung von F1, wie Pinguine vom Nordpol habe, also habt bitte etwas Geduld mit mir :)


    Es geht darum, dass Ich Heute mit einem Freund darüber diskutiert habe, dass Reifen unabhängig von der Breite die gleiche Haftung haben (die Reibungsformel setzt sich nur aus der Beschaffenheit des Materials und der wirkenden Kraft zusammen) und lediglich aus dem Grund breiter sind, um die Abnutzung zu verlangsammen und evtl. den Reifen durch die höhere Fläche stärker abkühlen. Mein Kumpel ist jedoch felstenfest davon überzeugt, dass man breite Reifen einsetzt, da diese durch höhere Fläche auch mehr Reibungsfläche besitzen.


    Das Problem ist, dass einerseits die Physik da ganz klar dagegen spricht: ist der Reifen doppelt so breit, wirken doppelt so wenig Newton pro cm² und somit ist die Haftung pro cm² auch doppelt so klein, was jedoch durch die zweifache Größe wieder ausgeglichen wird, man müsste lediglich einen äquivalente Menge an Gummi haben um eine schnelle Abreibung zu verhindern (was den Reifen recht groß machen würde). Andererseits wird man von Fahrern ausgelacht, da diese damit argumentieren, dass jeder der mal in einem Auto, das breitere Reifen verpasst bekommen hat, gesessen ist, sofort mehr Grip spürt und dass ein Physiker einfach nur der Planlose Eierkopf ist, der je nie in einer Kiste gesessen ist die cool genug wäre um das zu verstehen - Hat jemand eine konkrette Erklärung?


    Um es zusammenzufassen: es geht nicht darum welche bei einem Rennen verwendet werden sollten, sondern um einen einfachen Vorgang: ein Auto, eine Geschwindigkeit, eine Masse und eine Kurve. (Natürlich sind auch die Reifen aus dem gleichen Material)

  • Ohne das ich mich jetzt in der Physik groß auskennen würde, gebe ich deinem Freund recht.


    In der guten alten Zeit (1997) wurde den hohen Herren die Geschwindigkeiten vorallem in den Kurven zu hoch. Daher ist man dazu übergegangen, den damaligen Slick durch die Rillenreifen zu ersetzen (vorne erst 3 und dann 4 rillen)


    Hättest du mit deiner These recht, hätten sich die Kurvengeschwindigkeiten nicht verringert sondern nur die Reifen schneller abgenutzt (gut, das hätte man mit härteren Mischungen verhindern können)


    Es kommt glaube ich nicht so sehr auf den Druck an, den ein Auto auf die Straße bringt, sondern die Fläche mit der der Reifen sich im Asphalt verhaken kann. Das bringt die Reibungskräfte zum wirken.


    Käme es auf den Druck an, würden die Reifen aufgrund des hohen Anpressdruckes durch die Front- und Heckflügel wohl nach wenigen Runden wie die Butter in der Sonne aussehen. Außerdem hätte dann ein Auto nach dem Stop durch das Benzin einen höheren Grip als mit leerem Tank.....das müsste die Autos eigentlich nach dem Stop schneller machen als vor ihm.


    Ich hoffe jetzt nicht zu viel Unsinn erzählt zu haben :D

  • Will nicht unhöfflich sein, aber in den Rillen/Vertiefungen im Asphalt gilt die gleiche Reibungsformel, hast du weniger Masse, wird auch in den Unebenheiten weniger Reibung pro cm² sein. Vom Innendruck habe ich nichts gesagt, ich meinte die Masse des Autos. Und natürlich würden Hartgummi-Reifen schlechter greifen, das Gummi kommt ja nicht so Tief in die Beulen im Asphalt. Die Geschwindigkeit hängt außerdem nicht von dem Reifengrip, sondern vom Motor ab - mehr Gewicht = weniger Geschwindigkeit.


    Beim Beschleunigen würde in diesem Fall nur zählen, wie oft ein Reifen auf der Stelle durchdreht, bis er 1:1 übersetzt.

  • Nuja die FIA bastelt doch nicht um sonst ständig am Regelwerk um die F! Boliden einzubremsen Rillen rein mal breit mal schmal. eine Wissenschaftliche erklärung habe ich auch nicht, aber deine aussagen erklären auch nicht, warum sich der mechanische Grip ändert wenn die Spurbreite verändert wird. Müsste ja nach deinen ausagen gleich bleiben.

  • Nun ja, die Reifen werden ja wohl jetzt wieder schmaler werden, weil schmalere Reifen die Aerodynamik des Autos positiv beeinflussen sollen!

  • WIKIPEDIA


    *ähemm* *klugscheiß*


    Man kann das Ganze ganz einfach testen. Man nehme ein Holzbrett und zwei
    Bauklötze (von den eigenen Kindern stehlen, oder die Nachbarskinder anpumpen) oder
    zwei Pack (verpackter!) Butter. Man lege beide Bau-/Butterklötze nebeneinander (den
    einen stehend, den anderen liegend) an das eine Ende des (idealerweise glatten) Brettes
    und hebe diese Seite an, so das die Utensilien anfangen zu rutschen. Und voilà:
    Die beiden sind (hoffentlich ;) ) gleich schnell. Was hat man damit erreicht? Man hat
    ein Indiz dafür, dass die Fläche für die Reibung egal ist. Entscheidend sind Masse des
    Gegenstandes und Beschaffenheit von Untergrund und dem darauf "gleitenden"
    Gegenstand. Die klassischen Reibegesetze also.


    DIESE gelten allerdings nur näherungsweise für den Autoreifen! Denn was dieses
    Experiment vernachlässigt und der Hauptgrund, warum es nicht einfach so angewendet
    werden kann, ist, dass es sich hier NICHT um Festkörper handelt. Denn neben den
    Reibungseffekt treten noch Kräfte auf, die man umgangssprachlich als "Kleben" und
    "Verzahnen" (Adhäsion und Kohäsion) bezeichnen kann. Und da diese Kräfte mit
    höherer Auflagefläche zunehmen, haben breitere Reifen durchaus bessere
    Fahreigenschaften. Ganz abgesehen davon, dass sie wesentlich langsamer
    verschleißen.


    Ansonsten kann ich nur an meine Vorredner verweisen:
    Die FIA hat über mehr als ein halbes Jahrzehnt an den Reifen rumgeschnippelt, um
    die Auflagefläche (diese ist entscheidend, nicht primär die Reifenbreite. durch
    den Einsatz von Rillen kann die Reifenbreite zwar groß sein, die Auflagefläche aber
    geringer) zu verkleinern. Hauptgrund dafür: Senkung der Kurvengeschwindigkeiten.
    Die Autos waren ihnen einfach zu schnell :). Aber immerhin sind sie nun intelligenter
    geworden und haben die guten alten Slicks wiedergefunden. Dafür haben sie eine
    neue Spielwiese gefunden: Die Aerodynamik. Meiner Meinung nach die hässlichsten
    F1, die ich je gesehen habe.

  • Eigentlich nicht Javier, Butter klebt und würde flach nicht von der Stelle kommen, da die Haftreibung höher wäre als die Masse der Butter^^


    Klar, die Abnutzung wäre wesentich höher und genau das ist meiner Meinung nach der Grund für die breiten Reifen. Wiederhole mich echt ungern, aber bei der Verzahnung wären die selben Kräft im Spiel - Kraft und Beschaffenheit des Materials.

  • Zitat

    Original von Kasseopea
    Eigentlich nicht Javier, Butter klebt und würde flach nicht von der Stelle kommen, da die Haftreibung höher wäre als die Masse der Butter^^


    Klar, die Abnutzung wäre wesentich höher und genau das ist meiner Meinung nach der Grund für die breiten Reifen. Wiederhole mich echt ungern, aber bei der Verzahnung wären die selben Kräft im Spiel - Kraft und Beschaffenheit des Materials.



    Bei der Haftreibung zwischen Reifen und Straße spielt eben die Auflagefläche eine Rolle. Je größer die Fläche, desto höher die Haftung wegen der Verzahnung von Gummi und Asphalt. Hinzu kommt, dass man bei breiteren Reifen wegen des geringeren Verschleiß´ theoretisch eine weichere Gummimischung verwenden kann. Dies erhöht die Haftreibung zusätzlich.

    If everything seems under control, you're just not going fast enough - Mario Andretti

    He loves walls being close, he loves no margin for error - that's what divides men from boys - M.Brundle about Robert

  • Also das Gewicht sich in der Endgeschwindigeit bemerkbar macht stimmt nicht
    Eventuell minimal, aber das kann man dann wohl nicht messen


    Ich denke, dass man mit der von dir gestellten Frage immrer Probleme haben wird
    Weil du ein Beispiel angibst, welches man im Automobilbereich nicht findet
    Es gibt bei einem Fahrzeug wärend der Fahrt keine konstant ideale Reifenbreite
    Man muss immer bedenken, dass ein Auto beim Bremsen, Gasgeben und auch bei der Kurvenfahrt, jeh nach Geschwindigkeit immer eine andere Reifenbreite an der jehweiligen Achse oder Rad braucht
    Es gilt immer einen Mittelweg zu finden,


    Schmaler oder breiter, das hängt sicherlich vom Gewicht ab welches auf den Reifen drückt
    Dieses Gewicht ist wie oben erklärt nicht immer gleich


    Hinzu kommt noch, dass sich die Auflagefläche eines Reifen zur Fahrbahn
    1- bedingt durch die Bauart und Einstellung des Fahrwerkes
    2- bedingt durch die Härte der Reifenflanken
    ständig ändert


    Deine Frage wird man dir so schnell nicht beantworten können


    Ausser man nimmt ein Auto welches nur bremst, anfährt, oder eben nach links/rechts steuert, mit der gleichen Fahrwerkseinstellung
    Hinzu käme dann beim Bremsen oder bei der Kurvenfahrt noch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs

  • Falls es noch irgendjemanden interessiert:


    http://www.motorsport-total.co…m_Jahr_2010_10010103.html


    Vor allem der Teil über die Reifenbreite ist interessant. Wie bereits einhellig von der
    Mehrzahl (glaube sogar, dass alle hier der Meinung waren, dass breitere Reifen zu mehr
    Haftung führen, will mich aber nicht nochmal durch den Thread kämpfen :) ) der User
    behauptet/beschrieben, führen breitere Reifen (bei sonst gleichen Gegebenheiten, d.h.
    gleiches Material) zu höherer Haftung.


    Wie der werte Herr Reifenentwickler in diesem Artikel so schön beschreibt, werden die
    Reifen vorne schmaler, weil man auf der Vorderachse zu viel Haftung hatte (relativ zu
    den Hinterreifen).

  • Zitat

    Original von ghost-writer
    Dies bedeutet aber nicht, dass breitere Reifen immer mehr Gripp bieten
    Es sagt bloss aus, dass es in diesem Fall so war


    Ähm, das breitere Reifen mehr Grip haben, sieht man auch im normalem Straßenverkehr... ::) Egal, in welchem Fall ;D

  • Außer bei Aquaplaning oder Nässe, außerdem wird das Kurvenverhalten mit zunehmender Breite zumeist schlechter!

  • Also mit zun Strassenverkehr:
    Bei zunehmender Reifenbreite wird auch die Spurbreite vergrössert


    Ich kenne es vom Kartsport anders
    Bei zu viel Grip, wird die Sitzposition nach unten verlegt/Spur verbreitert
    Bei zu wenig Grip macht man das Gegenteil


    Es hat eben doch mit dem ''Druck'' zu tun, welches auf dem Reifen lastet


    Man sollte aber unterscheiden ob ein Reifen unterfordert, oder überfordert wird

  • Hm Also:


    Der Antriebsfall:


    Hier gilt das Prinzip der Rollreibung, die geht linear mit der Reibung und ist übrigens gößer als die Gleitreibung und kleiner als die Haftreibung. Die Gleitreibung ist dominant, wenn der Reifen blockiert oder durchdreht (Das ist physikalisch das Gleiche, wenn man das Drehmohment der Reifens vernachlässigt, was gilt, wenn der Reifen horizontal steht (normal).


    Der Kuvenfall:


    Hier gillt das Prinzip der Haftreigung. Es wirken Scheerkräfte orthogonal zur Drehrichtung. Verlässt man den Bereich der Haftreibung bei zu hohem Kraftaufwand weiß hier jeder was passiert (Abflug). Auch hier ist die Breite des Reifens zunächsteinmal wichtig. Auch hier gilt in erster Näherung: Je breiter je besser (linear mit der Oberfläche).


    Aquaplaning:


    Wenn es zu nass wird, wird die Auftriebskraft des Reifens im Wasser (in Luft gibts die auch!!!) wichtig. So wird der breite Reifen zur Falle! je breiter der Reifen, je mehr Wasser muss verdrängt werden, je mehr Auftrieb wirkt. Deswegen spricht man auch von aufschwimmen.



    Druck:


    Der Druck spielt im Grunde nur bei der Haftreibung eine wichtige Rolle.



    Spur:


    Mit der Veränderung der Spur (Räder schräg stellen) kann man eine Drehachse in der Kurve erzeugen (das hängt mit dem Drehmoment zusammen). Dadurch kann man über- und untersteueren entgegenwirken. Generell ist es aber der Haftreibung abträglich.


    Gradeausfahrt:


    Auf der Graden kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche des Reifens auf die Fahrbahn zu verringern, damit die Haftreibung nachlässt und man schneller fahren kann! Die Reifen stehen schief.


    Mehr wurde hier glaube ich nicht besprochen...
    Grundsätzlich habe ich die Masse bei den Erklärungen als konstant angenommen und den Luftdruck der Umgebung vernachlässigt. Der Reifendruck erzeut bei mir also nur eine größere oder kleinere Oberfläche, auf dem der Wagen auf der Fahrbahn aufliegt. Ich hoffe ich habe nichts vergessen.

  • Dann mache ich mal den Klugscheiss-Modus an ;)


    Man nehme zwei Kisten, welche eine unterschiedliche Masse und Auflageflächen-Größe haben, aber eine glatte Oberfläche. Diese stellt man auf ein Glasbrett, welches idealerweise eine glatte Oberfläche besitzt und hebt das Brett auf einer Seite an. Wenn man annimmt, dass es keinen Luftwiderstand gibt, sind beide Kisten gleich schnell unten. Die Masse spielt in diesem Fall keine Rolle, wie man mathematisch zeigen kann, aber das wäre wohl zu kompliziert. Sofern es Luftwiderstand gibt, spielt die Masse plötzlich eine Rolle, was sich ebenfalls mathematisch zeigen lässt, aber noch komplizierter wird.


    Nun nehmen wir an, dass die beiden Kisten die selbe Oberflächen-Beschaffenheit haben, aber nicht mehr glatt sind. Die Auflagenflächen-Größe und Masse der Kisten ist weiterhin unterschiedlich. Den Luftwiderstand lassen wir weiterhin außen vor. Diese stellt man auf ein Holzbrett, dessen Oberflächenbeschaffenheit an allen Stellen gleich ist, aber auch nicht glatt ist. Die Reibung beruht darauf, dass an den Unebenheiten der beiden Oberflächen die Atome dieser Oberflächen so dicht aneinander liegen, dass Anziehungskräfte wirken, welche die Bewegung erschweren. Wenn man das Holzbrett nun auf einer Seite anhebt und die Kisten rutschen wird man feststellen, dass beide weiterhin gleich schnell sind. Was sehen wir daraus: Trotz der Unebenheiten in der Auflagefläche spielt die größe selbiger noch keine Rolle.


    Dies waren die Festkörper. Oben geschriebenes gilt allerdings nicht für den Autoreifen. Der Grund ist, dass das Gummi kein Festkörper ist, sondern eher eine sehr zähe Flüssigkeit (der Fachmann spricht von hoher Viskosität, das aber nur am Rande). Diese sehr zähe Flüssigkeit verzahnt wesentlich besser mit den Unebenheiten des Fahrbahnbelages als ein Festkörper. Dadurch steigt der Reibungskoeffizient an und die Reibungskraft erhöht sich. Zusätzlich kleben die Reifen auf dem Fahrbahnbelag. Je größer die Auflagefläche ist, desto besser klebt dieser auf der Strasse. Je besser dieser klebt, desto höher ist die Reibung. Bei dem Kleben der Reifen spricht man auch von Adhäsionshaftung, welche bei einem Motorsport-Reifen sehr wichtig ist.


    Dann mache ich mal den Klugscheiss-Modus wieder aus ;)


    Gruß ;)

    CASEY STONER IS A DUCATI LEGEND :love:


    WORLD CHAMPION 2007


    WORLD CHAMPION 2011

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  • Also ich verstehe zugegebenermassen nicht so viel von Physik
    Aber ich denke nicht nur die Breite, sondern auch das Gewicht (Masse) welches auf die Fläche drückt betimmt das Gripniveau
    Das Andeutung des Luftwiederstandes zählt hier auch, aber nicht so wie beim im freien Fall


    Beim freien Fall , spielt nur der Luftwiederstand eine Rolle, die gilt jedoch nicht bei einem Autoreifen
    Weil das Gewicht/die Masse eben die Auflagefläche bestimmt, da ein Reifen immer verformbar ist, und auch mit verschiedenem Luftdruck gefahren wird