Gaya tarik diperlukan untuk membuat kendaraan diam bergerak
Latar Belakang
Banyak contoh manusia menarik kendaraan berat, mulai dari truk hingga pesawat. Saat meneliti fisika di balik ini, sebagian besar hasil menunjukkan berkurangnya tahanan gelinding saat kendaraan menggunakan roda. Karena gaya normal kendaraan dikalikan dengan koefisien rolling, yaitu sekitar 0,02 untuk ban di aspal, gaya pada arah horizontal yang berlawanan dengan arah gerak akan sangat berkurang. Namun, saya bingung bagaimana hal ini dibandingkan dengan konsep gesekan statis. Penafsiran saya saat ini adalah bahwa tahanan gelinding hanya berlaku ketika kendaraan sudah bergerak, dan bahwa seseorang harus mengatasi gesekan statis untuk berpindah dari diam ke bergerak? Dan gaya gesek statis memiliki koefisien yang lebih mendekati satu, jadi apakah gaya awal untuk mengatasi gesekan statis akan jauh lebih tinggi?
Formulasi masalah
Jadi, anggaplah ada kendaraan bermassa $m$di atas roda karet, berdiri diam di atas aspal. Sebuah tali diikatkan pada kendaraan searah dengan pergerakan / roda. Mengabaikan gesekan pada sistem internal mobil, bagaimana seseorang menghitung gaya yang dibutuhkan oleh manusia yang menarik tali untuk membuat mobil bergerak? Apakah gaya tarik yang dibutuhkan sama dengan gaya gesek statis, mis$F_{pull}=\mu mg$? Setelah itu gaya yang dibutuhkan untuk menjaga kendaraan tetap bergerak pada kecepatan konstan sama dengan tahanan gelinding$F=cmg$? Juga, adakah nilai umum untuk 'kekuatan tarik' manusia untuk menghitung berapa banyak yang dibutuhkan untuk membuat kendaraan bergerak?
Jawaban
Jelas ada perbedaan antara gesekan statis dan gesekan gelinding. Gesekan statis diperlukan untuk memberikan kecepatan roda saat torsi diterapkan padanya. Ketika roda telah mencapai kecepatan tertentu dan bergerak dengan kecepatan konstan (ketika torsi tidak berlaku lagi), maka dalam situasi yang ideal (di mana tidak ada energi kinetik roda yang diubah dalam bentuk energi lain), roda akan terus bergulir selamanya tidak mengalami gesekan statik lagi (yang hanya dirasakan selama akselerasi yang disebabkan oleh torsi).
Namun, situasinya jauh dari ideal. Energi yang hilang. Dan di sinilah gesekan bergulir ikut bermain. Gesekan bergulir menyebabkan roda untuk tidak mempercepat, seperti gesekan statis tidak, tapi untuk de cellerate roda. Torsi memiliki arah yang berlawanan dalam kedua kasus tersebut tetapi tidak memiliki nilai yang sama.
Untuk memulai penggerak roda Anda dapat menerapkan gaya (torsi) hingga batas tertentu tercapai. Ketika gaya (torsi) dengan nilai di atas batas ini diterapkan, roda mengalami gesekan kinetik (roda mengalami gesekan dengan permukaan yang di atasnya; lihat asap pada mobil balap Formula 1 yang berakselerasi di awal, meskipun berakselerasi dengan gesekan statik akan lebih efisien, semua pengemudi hanya memberi gas penuh).
Saat torsi tidak diterapkan lagi, roda akan melambat. Hal ini disebabkan oleh gesekan gelinding .
Penafsiran saya saat ini adalah bahwa tahanan gelinding hanya berlaku saat kendaraan sudah bergerak
Itu betul.
dan bahwa seseorang harus mengatasi gesekan statis untuk berpindah dari diam ke bergerak?
Itu tidak benar. Meskipun ada gaya gesekan statis kecil yang menahan awal gerakan menggelinding, umumnya terlalu kecil untuk membuat perbedaan. Sebagai gantinya, gesekan statis mencegah gerakan relatif antara permukaan ban dan jalan, misalnya selip atau meluncur. Gaya gesekan statis mencegah roda bergeser dan dengan demikian memungkinkan roda berguling ke depan. Itu tidak menentang gerakan bergulir.
Dan gaya gesek statis memiliki koefisien yang lebih mendekati satu, jadi apakah gaya awal untuk mengatasi gesekan statis akan jauh lebih tinggi?
Lebih dekat ke salah satu dari pada apa? Jika yang Anda maksud adalah koefisien tahanan gelinding, maka ya. Hambatan gelinding adalah gaya yang menentang penggulungan dengan kecepatan konstan di atas permukaan. Menurut Wikipedia, hambatan guling pada sebagian besar ban penumpang baru berada dalam kisaran 0,007 hingga 0,14 sehingga umumnya jauh lebih kecil daripada koefisien gesekan statis. Tetapi sekali lagi, gaya tarik awal tidak harus mengatasi gesekan statis.
Formulasi masalah
Mengabaikan gesekan pada sistem internal mobil, bagaimana seseorang menghitung gaya yang dibutuhkan oleh manusia yang menarik tali untuk membuat mobil bergerak?
"Membuat mobil melaju" berarti mempercepat mobil. Gaya tarik yang diperlukan untuk mempercepat mobil dihitung berdasarkan hukum kedua Newton
$$a=\frac{F}{m}$$
Is adalah gaya tarik yang dibutuhkan sama dengan gaya gesek statis, yaitu $F_{pull}=\mu mg$?
Tidak, $umg$adalah gaya gesekan statik maksimum yang mungkin. Gaya yang diperlukan untuk mempercepat perawatan sesuai dengan hukum kedua Newton seperti yang dinyatakan di atas.
Setelah itu gaya yang dibutuhkan untuk menjaga kendaraan tetap bergerak pada kecepatan konstan sama dengan tahanan gelinding $F=cmg$?
Itu benar, dimana $c$ adalah koefisien tahanan gelinding (CRR).
Juga, adakah nilai umum untuk 'kekuatan tarik' manusia untuk menghitung berapa banyak yang dibutuhkan untuk membuat kendaraan bergerak?
Menurut Pusat Kesehatan dan Keselamatan Kerja Kanada, di mana seorang pekerja dapat menopang tubuhnya (atau kakinya) terhadap struktur yang kokoh, dia dapat mengembangkan gaya hingga 675 N. Dengan asumsi ini diterapkan pada kendaraan 1000 kG kecil maka menurut $F=ma$ percepatan hingga 0,675 m / s$^2$akan menjadi mungkin. Sebagai perbandingan, mobil yang berakselerasi 0 hingga 60 mph dalam waktu 5,9 detik memiliki akselerasi 4,5 m / s$^2$
Semoga ini membantu.