Force de traction requise pour faire bouger le véhicule à l'arrêt
Contexte
Il existe de nombreux exemples d'humains tirant des véhicules lourds, allant des camions aux avions de ligne. Lors de la recherche sur la physique derrière cela, la plupart des résultats ont souligné la réduction de la résistance au roulement lorsque les véhicules sont sur roues. Du fait que la force normale du véhicule est multipliée par le coefficient de roulement, qui est d'environ 0,02 pour les pneus sur asphalte, la force dans la direction horizontale opposée à la direction de déplacement diminue considérablement. Cependant, je ne sais pas comment cela se compare au concept de friction statique. Mon interprétation actuelle est que la résistance au roulement ne s'applique que lorsque le véhicule est déjà en mouvement, et qu'il faut surmonter le frottement statique pour passer de l'arrêt au mouvement? Et le frottement statique a un coefficient beaucoup plus proche de un, alors cette force initiale pour surmonter le frottement statique serait-elle beaucoup plus élevée?
Formulation du problème
Alors, supposons qu'il y ait un véhicule de masse $m$sur roues en caoutchouc, stationnaire sur asphalte. Une corde est attachée au véhicule dans le sens du déplacement / des roues. En négligeant les frottements dans les systèmes internes de la voiture, comment calculer la force requise par un humain tirant sur la corde pour faire avancer la voiture? La force de traction requise est-elle égale au frottement statique, c'est-à-dire$F_{pull}=\mu mg$? Après quoi, la force nécessaire pour maintenir le véhicule en mouvement à vitesse constante est égale à la résistance au roulement$F=cmg$? En outre, y a-t-il une valeur commune pour la «force de traction» d'un humain pour calculer combien il en faudrait pour faire bouger un véhicule?
Réponses
Il y a évidemment une différence entre le frottement statique et le frottement de roulement. Un frottement statique est nécessaire pour donner la vitesse de la roue lorsqu'un couple lui est appliqué. Lorsque la roue a atteint une certaine vitesse et se déplace avec une vitesse constante (lorsque le couple ne s'applique plus), alors dans la situation idéale (où aucune énergie cinétique de la roue n'est convertie sous une autre forme d'énergie), la roue sera continuer à rouler pour toujours sans plus de frottements statiques (ce qu'il ne ressentait que lors de l'accélération causée par le couple).
La situation, cependant, est loin d'être idéale. L'énergie est dissipée. Et c'est ici que le frottement de roulement entre en jeu. Le frottement de roulement entraîne la roue de ne pas accélérer, comme friction statique fait, mais à de cellerate la roue. Les couples ont des sens opposés dans les deux cas mais n'ont pas la même valeur.
Pour démarrer le mouvement de la roue, vous pouvez appliquer une force (couple) jusqu'à ce qu'une certaine limite soit atteinte. Lorsqu'une force (couple) d'une valeur supérieure à cette limite est appliquée, la roue subit un frottement cinétique (la roue subit un frottement avec la surface sur laquelle elle se trouve; regardez la fumée dans les voitures de course de Formule 1 en accélération au le frottement statique serait plus efficace, tous les conducteurs ne donnent que le plein de gaz).
Lorsque le couple n'est plus appliqué, la roue décélérera. Ceci est causé par le frottement de roulement .
Mon interprétation actuelle est que la résistance au roulement ne s'applique que lorsque le véhicule est déjà en mouvement
C'est correct.
et qu'il faut surmonter les frottements statiques pour passer de l'arrêt au mouvement?
Ce n'est pas correct. Bien qu'il existe une petite force de friction statique qui résiste au début du mouvement de roulement, elle est généralement trop petite pour faire une différence. Au lieu de cela, le frottement statique empêche le mouvement relatif entre la surface du pneu et la route, c'est-à-dire le dérapage ou le glissement. La force de friction statique empêche la roue de glisser et permet ainsi à la roue de rouler vers l'avant. Il ne s'oppose pas au mouvement de roulement.
Et le frottement statique a un coefficient beaucoup plus proche de un, alors cette force initiale pour surmonter le frottement statique serait-elle beaucoup plus élevée?
Plus proche de un que de quoi? Si vous voulez dire le coefficient de résistance au roulement, alors oui. La résistance au roulement est la force qui s'oppose au roulement à vitesse constante sur une surface. Selon Wikipedia, la résistance au roulement de la plupart des pneus de tourisme neufs est comprise entre 0,007 et 0,14, elle est donc généralement bien inférieure au coefficient de frottement statique. Mais encore une fois, la force de traction initiale n'a pas à surmonter le frottement statique.
Formulation du problème
En négligeant les frottements dans les systèmes internes de la voiture, comment calculer la force requise par un humain tirant sur la corde pour faire avancer la voiture?
«Faire bouger la voiture» signifie accélérer la voiture. La force de traction nécessaire pour accélérer la voiture est calculée sur la base de la deuxième loi de Newton
$$a=\frac{F}{m}$$
Is est la force de traction requise égale au frottement statique, c'est-à-dire $F_{pull}=\mu mg$?
Non, $umg$est la force de friction statique maximale possible. La force requise pour accélérer les soins est conforme à la deuxième loi de Newton, comme indiqué ci-dessus.
Après quoi, la force nécessaire pour maintenir le véhicule en mouvement à vitesse constante est égale à la résistance au roulement $F=cmg$?
C'est correct, où $c$ est le coefficient de résistance au roulement (CRR).
En outre, y a-t-il une valeur commune pour la «force de traction» d'un humain pour calculer combien il en faudrait pour faire bouger un véhicule?
Selon le Centre canadien d'hygiène et de sécurité au travail, lorsqu'un travailleur peut soutenir son corps (ou ses pieds) contre une structure ferme, il peut développer une force allant jusqu'à 675 N.En supposant que cela soit appliqué à un petit véhicule de 1000 kg, alors selon $F=ma$ une accélération jusqu'à 0,675 m / s$^2$serait possible. À titre de comparaison, une voiture accélérant de 0 à 60 mph en 5,9 s a une accélération de 4,5 m / s$^2$
J'espère que cela t'aides.