Dirección de las fuerzas de fricción en las ruedas delanteras y traseras [cerrado]
¿Por qué las direcciones de las fuerzas de fricción en las ruedas delanteras y traseras de un automóvil en movimiento son en dirección opuesta, cuando solo se aceleran las ruedas delanteras (o solo las ruedas traseras)? Cuando el automóvil acelera, la dirección de la fricción estática que ejercen las ruedas delanteras sobre la superficie se dirige hacia atrás. Pero, ¿qué pasa con las ruedas en la parte trasera del coche?
Respuestas
Suponiendo que se trata de un automóvil con tracción en dos ruedas que funciona con potencia sin patinar, el tren de transmisión gira un par de ruedas para impulsar el automóvil. El otro par de ruedas es girado por la superficie de la carretera, creando resistencia. Entonces tienes empujar y tirar, fricción estática en direcciones opuestas.
La forma más sencilla de averiguar qué está haciendo la fricción es ver qué sucede cuando desactivas la fricción.
Supongamos un automóvil en una carretera sin fricción. Sin fricción y el automóvil se detuvo, empujar hacia abajo el acelerador hace que las ruedas traseras giren en el sentido de las agujas del reloj. Giran sobre la superficie sin fricción, las ruedas delanteras no hacen nada y el automóvil no va a ninguna parte.
La fricción en las ruedas traseras se opone al giro, por lo que debe apuntar en la dirección en la que el automóvil quiere ir. Para que las ruedas traseras rueden sin patinar, la fricción debe ser estática.
Si activamos la fricción solo en las ruedas traseras, el automóvil acelera hacia adelante con las ruedas delanteras arrastrándose por la carretera sin patinar. La fricción se opone a este movimiento, por lo que debe apuntar en dirección opuesta a la dirección en la que se desplaza el automóvil. Nuevamente, debe ser fricción estática cuando los neumáticos ruedan en las carreteras.
La fricción es en direcciones opuestas en los neumáticos delanteros y traseros, lo que significa que la salida de torsión de las ruedas traseras debe ser mayor que cierto valor mínimo para que el automóvil se mueva.
¿Por qué la dirección de las fuerzas de fricción en las ruedas delanteras y traseras de un automóvil en movimiento es opuesta a qué?
No importa.
Sea la dirección de la aceleración del automóvil$\hat a$y esto podría ser en la misma dirección que la velocidad del automóvil (aumento de la magnitud de la velocidad) o en la dirección opuesta a la velocidad del automóvil (disminución de la magnitud de la velocidad).
La fuerza de rozamiento en la parte inferior de los neumáticos que tocan el suelo de las ruedas motrices o de frenado será en la dirección de la aceleración del automóvil, es decir, en la dirección$\hat a$, y todos los demás neumáticos tendrán fuerzas de fricción opuestas a la dirección de la aceleración del automóvil, es decir, en la dirección$-\hat a$.
Una variación es cuando tanto el pedal del acelerador como el del freno se presionan al mismo tiempo, o variaciones de esto, cuando la aceleración es cero, lo que se hace cuando un conductor quiere producir llantas humeantes, lo que a veces se denomina desgaste.
Lo más fácil es hacerlo en una motocicleta porque los frenos delantero y trasero se controlan de forma independiente y el centro de gravedad de la motocicleta y el piloto se puede cambiar con relativa facilidad.
Si la aceleración del automóvil es cero, las fuerzas de fricción intentan que el automóvil acelere de igual magnitud pero en dirección opuesta a las fuerzas de fricción que intentan evitar que el automóvil acelere.
Para comprender por qué la dirección de la fricción es opuesta en las ruedas delanteras y traseras, debe tener en cuenta el hecho de que el motor del automóvil proporciona par (efecto de giro) solo a las ruedas traseras y no a las ruedas delanteras. Ahora,
1-> Pisamos el acelerador del coche para que el motor aplique un par en las ruedas traseras. Nota: el par solo puede girar un cuerpo y nunca puede producir un movimiento de traslación. Entonces, si el suelo no tiene fricción (en este caso, la fricción es la única fuerza que puede actuar horizontalmente, ya que la fricción está ausente, por lo que no hay fuerza en dirección horizontal y, por lo tanto, no hay movimiento en dirección horizontal), entonces las ruedas traseras girarán alrededor de su axel y no avanzará. Nota: las ruedas patinarán en este caso.
2-> Al mismo tiempo, echa un vistazo a las ruedas delanteras. No hay torque en ellos (ya que el motor aplica torque solo a las ruedas traseras) y tampoco hay fuerza horizontal neta ya que la fricción está ausente (nuevamente porque la fricción es la única fuerza que puede actuar horizontalmente). Así que las ruedas delanteras están paradas, sin rotación, sin traslación.
3-> Ahora, volvamos a pisar el acelerador pero ahora hay algo de fricción. Sucede lo mismo, el motor aplica un torque en las ruedas traseras, las ruedas girarán (en el sentido de las agujas del reloj) e intentarán resbalar en el suelo. Dado que la fricción siempre se opone al deslizamiento relativo, actuará de tal manera que evite la rotación en el sentido de las agujas del reloj y, por lo tanto, se dirija hacia la derecha para dar un par de torsión en el sentido contrario a las agujas del reloj. Tenga en cuenta que la fricción actúa en dirección hacia adelante en este caso y, por lo tanto, acelera el automóvil hacia adelante.
4-> Al mismo tiempo, si miras la rueda delantera, qué está pasando. El eje de las ruedas se mueve junto con el automóvil y, por lo tanto, empuja la rueda delantera en su centro, esta fuerza del eje actúa en el centro de la rueda, por lo que proporciona par, pero le da a la rueda un movimiento hacia adelante. (Nota: no hay torque hasta ahora, por lo que la rueda se mueve hacia adelante "sin" girar) Debido a esto, las ruedas intentan patinar. Nuevamente, la fricción actuará de tal manera que evite el deslizamiento relativo. Solo es posible que no se deslice si las ruedas giran en el sentido de las agujas del reloj junto con el avance. Entonces, para evitar el deslizamiento, la fricción actúa hacia atrás para dar un par en el sentido de las agujas del reloj.
¡Espero que haya ayudado! Vea estas publicaciones para un conocimiento más claro: ¿Por qué los cuerpos giratorios tienen fricción cuando la superficie está acelerando? ¿Cuál es la dirección de la fuerza de fricción que actúa sobre una rueda rodante?