Freios
A partir desta, inauguramos uma série de matérias que pretendem explicar o funcionamento de um dos sistemas mais importantes do carro. Nesta primeira parte, abordaremos os princípios físicos mais importantes aplicados ao funcionamento adequado de um sistema de freios, para que nas matérias seguintes possamos falar de sistemas mais modernos e eficientes, como o freio ABS.

Imagine que se no seu carro fosse empregado um freio semelhante aos usados nas bicicletas convencionais, onde por meio de um cabo fosse acionadas as pastilhas ou as lonas para frear o carro. O que aconteceria?
Bem a resposta é um tanto dramática, já que seu carro não pararia no tempo e na distância necessárias, acarretando uma colisão, ou em situações particulares não pararia em tempo ou distância nenhuma. O motivo disto, é que a força que precisaria ser empregada no pedal seria muitas vezes maior do que a que você dispõe.

Para fazer com que o sistema de freios tenha a eficiência necessária, dois princípios de Física são aplicados em um sistema básico. Para entender portanto, o porquê de cada componente, vamos entender estes 2 princípios:
  • Momento
  • Multiplicação hidráulica
MOMENTO - este é o primeiro princípio utilizado, assim como no freio da bicicleta, porém de forma otimizada, ele também é conhecido por nós como "alavanca". Observando o diagrama abaixo pode-se entender melhor como se consegue maior um aumento da força empregada no pedal de freio.


No exemplo, se apoiarmos uma alavanca em um ponto, de forma a termos de um lado o dobro da distância existente do lado oposto, poderemos colocar um objeto de 10 kg do lado mais comprido, que ele equilibrará um objeto de 20 kg do lado mais curto. Ou seja, a força aplicada na extremidade mais longa, aparece duplicada na extremidade mais curta. Caso as relações de comprimento ao invés disso, fossem de 3 para 1, a força aplicada ao lado maior, seria 3 vezes maior do outro lado e, assim sucessivamente.

Porém mesmo usando-se uma alavanca no pedal de freio, o tamanho da alavanca teria que ser muito grande. Outro inconveniente vem do fato que o curso seria igualmente grande para gerar a força necessária a frenagem adequada do veículo, já que o deslocamento do lado mais longo é tantas vezes maior que o presente do outro lado, quantas vezes um braço é maior que o outro.

MULTIPLICAÇÃO HIDRÁULICA - é justamente pelo fato da alavancagem não gerar sozinha a força que precisamos, que este princípio é usado de forma a multiplicar a força obtida pela aplicação do primeiro.

Imagine dois tubos preenchidos de um líquido pouco comprimível (como óleo), em que o primeiro tenha 2 cm de diâmetro e o segundo, 6 cm de diâmetro e unidos pela sua base como aparece na animação a seguir.



Este princípio nos garante que uma força aplicada em um ponto de um líquido incomprimível (em geral óleos no caso dos freios) se transmite a todos os pontos do fluído. Desta forma, no nosso exemplo - onde os êmbolos apresentam uma relação onde o segundo tem uma área nove vezes maior (Área = Pi*r²) do que o primeiro - se aplicarmos uma força de 100 kgf (cem kilogramas-força, ou a força exercida por um objeto de 100 kg) ao lado esquerdo, seremos capazes de fazer mover um corpo de 900 kg no êmbolo da direita. Este mesmo princípio é utilizado nos macacos hidráulicos.

Uma vez que ficou claro como que a Física consegue nos ajudar a produzir a força de que necessitamos para fazer a roda do carro parar, vamos entender como se combinam estes dois princípios em um esquema simples de freio:

No esquema ao lado, uma vez que se pressione o pedal do freio, ele faz funcionar um esquema de alavanca com uma relação de 4 para 1. Simultaneamente aciona-se também o êmbolo do cilindro mestre (burrinho) que possui uma relação de área de 1 para 9 em relação ao pistão do freio, como na ilustração acima.

Desta forma, para cada 1 kgf aplicado ao pedal, teremos 36 kgf aplicados sobre o disco de freio, uma multiplicação de força considerável, se pensarmos que com um sistema destes, com apenas 2 kgf, é possível obter força necessária para levantar um adulto médio!
Obviamente este é um esquema bem simples, mas que ilustra bem o funcionamento da maior parte dos sistemas de freio convencionais utilizados atualmente. Peças adicionais, como válvulas e servos, além de outros, fazem parte do conjunto a fim de garantir um perfeito funcionamento e maior eficiência do sistema.

O tamanho dos discos de freio ou dos tambores, bem como a área de contato das pastilhas ou lonas, interfere diretamente no nível de eficiência dos freios. Estas dimensões são calculadas com base em uma série de fatores, que vão desde a força que se tem na extremidade do canal que chega ao freio, até o peso do veículo.

Discos de freio ou tambores, maiores utilizam o princípio do momento favoravelmente e significam maior eficiência na frenagem. Pastilhas ou lonas com superfícies maiores significam maior atrito e também contribuem na frenagem, tudo isto desde que se tenha também os pneus adequados.
Joker