Il torchio idraulico è un dispositivo ingegnoso che sfrutta il principio di Pascal per amplificare la forza, trovando applicazione in diversi ambiti, tra cui il settore motociclistico. Questo articolo si propone di esplorare il funzionamento del torchio idraulico, con un focus particolare sul suo impiego nei sistemi frenanti delle moto.
Il Principio di Pascal
Questa semplice simulazione permette di apprezzare l’applicazione del principio di Pascal riguardante l’intervento di una pressione esterna su un fluido presente in un sistema chiuso. Il principio afferma che la pressione esercitata dall’esterno agisce in egual misura su tutto il sistema. Per la legge di Pascal la pressione che si esercita su un punto di un liquido si trasmette pari in ogni altro punto.
Partendo dal presupposto che la pressione, ovvero il rapporto tra Forza e Area della superficie soggetta alla forza si conserva costante. La differenza di sezione di due cilindri permette di sfruttare questo principio per sollevare una massa imponente applicando sul pistone del cilindro più piccolo una forza molto meno intensa.
Per intenderci supponiamo di avere due cilindri che hanno rispettivamente sezioni di area 2 e 10 metri quadrati e sul più grande vi è una forza premente di 100 newton. Per far sollevare il peso di 100 newton basterà far agire sul pistone del piccolo cilindro una forza di soli 20 newton.
Il Torchio Idraulico: Un Amplificatore di Forza
Il torchio idraulico è un dispositivo basato sul principio di Pascal che si comporta come un amplificatore di forza. Esso è costituito da due piatti o superfici posti come stantuffo sopra un cilindro. Pertanto ogni cilindro possiede una superficie di appoggio diversa. Se applichiamo una forza alla superficie S1 la pressione si trasmetterà anche alla superficie S2 che pertanto subirà una forza F2.
Un sollevatore idraulico (o cric idraulico) è costituito da due pistoni uno di area di appoggio pari a 10 cm2 e l'altro di superficie maggiore. In un sollevatore (o torchio) idraulico la superficie del pistone più piccolo è ⅒ di quella del pistone più grande.
Applicazione nei Sistemi Frenanti delle Moto
Il torchio idraulico trova una delle sue applicazioni più importanti nei sistemi frenanti delle moto. In questo contesto, il principio di Pascal viene sfruttato per convertire la forza esercitata sulla leva del freno in una forza maggiore applicata alle pastiglie dei freni, consentendo una decelerazione efficace del veicolo.
Supponendo che le due leve siano uguali a parità di forza applicata si genera una determinata pressione nel circuito idraulico, direttamente proporzionale alla superficie del pistone. Nel pistoncino diametro 18 mm sarà approssimativamente di 76 kg.
Differenze tra Sistemi con Rapporti di Torchio Idraulico Simili
Che differenza c'è tra due setup "pompa+pinza" con lo stesso rapporto di torchio idraulico ma con misure nettamente diverse? Mi spiego meglio con due numeri:
- Pompa 18mm / pinza 34mm x4 pistoni.
- Pompa 13mm / pinza 24,56mm x4 pistoni.
La risposta alla leva o la frenata saranno completamente diverse nei due casi.
Ha un senso parlare di rapporto di torchio idraulico andando ad analizzare la sua funzione rispetto ad una forza applicata da un lato o l'altro del sistema. Il rapporto di leva è dato dalla distanza tra P (Potenza) e F (fulcro) in rapporto alla distanza tra F e R (resistenza).
Per la frenata (intesa come decelerazione della moto a parità di pastiglie e dischi), il parametro primario è la forza che le pastiglie imprimeranno al disco? Nella logica ristretta, ponendo di avere leva identica e tralasciando per un secondo la corsa della stessa (lo riprenderei in seguito) io imprimo una forza di 10 kg al pistone pompa e questa si moltiplica tramite il rapporto di torchio idraulico sui pistoni e quindi sulle pastiglie secondo il valore dello stesso, quindi in questo caso circa 142 kg in entrambi i casi.
Quindi, fa più da discriminante nel nostro caso la distanza dal fulcro di leva (interasse??) che il diametro dei pistoncini/pistone della pompa.... ovvero, a parità di forza applicata si avrà una risultante diversa in base alla misura dell'interasse....
Il fatto è che se fosse solo un fattore matematico, avere una rapporto di torchio maggiore avrebbe solo vantaggi: maggiore potenza frenante totale a parità di forza alla leva e maggiore modulabili data dalla maggiore corsa. Purtroppo poi non finisce qui, perché avere una maggiore moltiplicazione della forza anche se più modulabile rende il tutto più "insensibile", "indiretto" se vogliamo, correggetemi se sbaglio. Subentra un senso di spugnosità o elasticità nell'impianto e la sensibilità viene meno nonostante la modulabilità maggiore.
Qui subentrano scelte meccaniche come un disco più o meno grande, una leva più o meno lunga, un interasse maggiore o minore.... Penso che gli impianti di produzione attuali siano dimensionati in rapporto al "fattore di contrasto" ovvero l'aderenza della gomma sull'asfalto.
TAG: #Idraulico