Si la fuerza de fricción no depende del área, ¿por qué los vehículos con neumáticos más anchos frenan bien, mientras que los más delgados se deslizan como una tabla de snowboard?

La fricción es una propiedad molecular. Dentro de un dominio específico, es decir, bajas presiones de contacto, la fricción es directamente proporcional a la fuerza normal e independiente del área. Esto se debe a que se produce fricción en la interfaz de las asperezas en dos superficies. A medida que aumenta la presión, la relación se vuelve cada vez más no lineal a medida que las asperezas tienden a doblarse. Después de un punto, se produce una convulsión. Moore (1975) ha discutido los defectos de la teoría clásica de la fricción a altas presiones de neumáticos.

Los neumáticos de mayor rendimiento son más pegajosos y están hechos para la cohesión con la carretera, también son más anchos para controlar el desgaste. Para los neumáticos, la fricción generada entre el caucho de la banda de rodadura y la superficie de la carretera se genera a través de dos mecanismos: adhesión e histéresis. La distribución de presión en una rueda de rodillos no es simétrica en el parche de contacto, aumentando abruptamente en la parte delantera y trasera del parche de contacto a un valor que es aproximadamente igual a la presión de inflado de los neumáticos. La sobreinflación y la subinflación cambian esta distribución debido a una presión más alta en el primero y una presión reducida en el centro del parche en el último.

Dado los botones de control anteriores que pueden afectar el rendimiento de una forma u otra, no ha definido su configuración experimental y qué parámetros ha cambiado entre el neumático ancho y el angosto. En igualdad de condiciones, la capacidad de frenado de un neumático es una función de su coeficiente de frenado de la fricción frente a la curva de deslizamiento de la rueda, a veces también llamada curva de deslizamiento mu. Un neumático más delgado podría tener un coeficiente de fricción máximo más bajo antes del bloqueo de la rueda en comparación con un neumático más ancho. Esos son mis dos centavos, aunque no he visto una comparación de dos curvas de deslizamiento mu para una llanta gruesa y delgada puesta una al lado de la otra. Sospecho que tal experimento A vs B tendría que controlarse realmente bien porque cuando se cambia tanto el área del parche de contacto para ir a un neumático más delgado, otras diferencias en términos de resistencia a granel, control del calor y estabilidad podrían afectar los resultados experimentales. En situaciones prácticas, es la degradación del rendimiento en estas áreas por qué un neumático delgado es un mal sustituto de un neumático grueso que está hecho para adaptarse mejor a la superficie de la carretera y que tiene mayores capacidades de aceleración y frenado.

Recomiendo un poco de literatura donde puedes leer más sobre esto:

Fundamentos de la dinámica del vehículo por Thomas Gillespie (¡Lo he conocido!)
Road Vehicle Dynamics de Milliken (¡la biblia!)
Enfoque de sistemas multicuerpo para la dinámica del vehículo por Blundell y Harty

La teoría clásica de la fricción es aplicable a los objetos no deformables. Debe modificarse para tener en cuenta varios factores (notablemente la deformación del caucho en el área de contacto, la rigidez estructural del neumático y el dibujo de la banda de rodadura).

La fuerza de fricción máxima que se generará dependerá de la resistencia de la banda de rodamiento al desgarro bajo las fuerzas que ocurren durante el frenado (que debe tener en cuenta el área de contacto, la forma del área de contacto y muchos otros factores).

#note to self: necesita más elaboración.

No tengo idea de lo que quieres decir con deslizamiento como una tabla de nieve, pero la principal diferencia entre los neumáticos anchos y estrechos es la forma del parche de contacto. En un neumático muy ancho, el parche de contacto será perpendicular a la dirección de desplazamiento y las presiones a través de ese parche serán bastante uniformes (en un neumático infinitamente flexible, la presión en toda el área de contacto será la misma, pero porque los neumáticos son no tan flexible, varía un poco.) en un neumático muy delgado, el parche de contacto es paralelo a la dirección de desplazamiento y, dado que el neumático es convexo, la presión varía más de adelante hacia atrás. Los diferenciales de forma y presión sobre el área de contacto son responsables de los diferentes comportamientos que ve. Por supuesto, cuando agrega un líquido como lluvia a la situación, los resultados también cambian.