Direzione delle forze di attrito sulle ruote anteriori e posteriori [chiuso]
Perché le direzioni delle forze di attrito sulle ruote anteriori e posteriori di un'auto in movimento sono nella direzione opposta, quando solo le ruote anteriori sono accelerate (o solo le ruote posteriori)? Quando l'auto accelera, la direzione dell'attrito statico esercitato dalle ruote anteriori sulla superficie è rivolta all'indietro. Ma per quanto riguarda le ruote sul retro dell'auto?
Risposte
Supponendo che si tratti di un'auto a due ruote motrici alimentata senza slittamento, una coppia di ruote viene fatta girare dalla trasmissione per spingere l'auto. L'altro paio di ruote viene fatto girare dalla superficie stradale, creando resistenza. Quindi hai spinta e trazione, attrito statico in direzioni opposte.
Il modo più semplice per capire cosa sta facendo l'attrito è vedere cosa succede quando disattivi l'attrito.
Assumi un'auto su una strada priva di attrito. In assenza di attrito e con l'auto ferma, premendo l'acceleratore le ruote posteriori girano in senso orario. Girano sulla superficie priva di attrito, le ruote anteriori non fanno nulla e l'auto non va da nessuna parte.
L'attrito sulle ruote posteriori si oppone allo slittamento, quindi deve puntare nella direzione in cui vuole andare l'auto. Affinché le ruote posteriori possano rotolare senza slittare, l'attrito deve essere statico.
Se attiviamo l'attrito solo sulle ruote posteriori, l'auto accelera in avanti con le ruote anteriori che trascinano lungo la strada senza slittare. L'attrito si oppone a questo movimento, quindi deve puntare in direzione opposta al modo in cui sta andando l'auto. Ancora una volta, deve essere l'attrito statico mentre le gomme rotolano sulle strade.
L'attrito è in direzioni opposte sui pneumatici anteriori e posteriori, ciò significa che la coppia erogata dalle ruote posteriori deve essere maggiore di un certo valore minimo affinché l'auto si muova.
Perché la direzione delle forze di attrito sulle ruote anteriori e posteriori di un'auto in movimento è opposta a cosa?
Non importa.
Sia la direzione dell'accelerazione dell'auto$\hat a$e questo potrebbe essere nella stessa direzione della velocità dell'auto (grandezza della velocità in aumento) o nella direzione opposta alla velocità dell'auto (grandezza della velocità in diminuzione).
La forza di attrito sul fondo dei pneumatici che toccano il suolo delle ruote motrici o frenanti sarà nella direzione dell'accelerazione della vettura, cioè nella direzione$\hat a$, e tutti gli altri pneumatici avranno forze di attrito opposte alla direzione dell'accelerazione della vettura, cioè nella direzione$-\hat a$.
Una variazione è quando vengono premuti contemporaneamente sia il pedale dell'acceleratore che il pedale del freno, o variazioni di questo, quando l'accelerazione è zero, il che si verifica quando un guidatore vuole produrre pneumatici fumanti, che a volte viene chiamato burnout.
Più facile da fare su una moto perché i freni anteriori e posteriori sono controllati in modo indipendente e il baricentro della moto e del pilota può essere modificato in modo relativamente semplice.
Se l'accelerazione dell'auto è quindi zero con le forze di attrito che cercano di far accelerare l'auto uguale in grandezza ma direzione opposta alle forze di attrito che cercano di impedire all'auto di accelerare.
Per capire perché la direzione dell'attrito è opposta su ruote anteriori e posteriori, bisogna tenere conto del fatto che il motore dell'auto fornisce coppia (effetto sterzante) solo alle ruote posteriori e non a quelle anteriori. Adesso,
1-> Premiamo l'acceleratore dell'auto in modo che il motore applichi una coppia alle ruote posteriori. Nota: la coppia può solo ruotare un corpo e non può mai produrre un movimento traslatorio. Quindi se il terreno è privo di attrito (in questo caso l'attrito è l'unica forza che può agire orizzontalmente, poiché l'attrito è assente, quindi non c'è forza in direzione orizzontale e quindi nessun movimento in direzione orizzontale), allora le ruote posteriori ruoteranno intorno alla loro axel e non andrà avanti. Nota: in questo caso le ruote scivoleranno.
2-> Allo stesso tempo, dai un'occhiata alle ruote anteriori. Non c'è coppia su di loro (poiché il motore applica coppia solo alle ruote posteriori) e nemmeno forza orizzontale netta poiché l'attrito è assente (sempre perché l'attrito è l'unica forza che può agire orizzontalmente). Quindi le ruote anteriori sono ferme, nessuna rotazione, nessuna traslazione.
3-> Ora, premiamo di nuovo l'acceleratore ma ora c'è un po' di attrito. Succede la stessa cosa, il motore applica una coppia alle ruote posteriori, le ruote ruoteranno (in senso orario) e cercheranno di scivolare sul terreno. Poiché l'attrito si oppone sempre allo slittamento relativo, quindi agirà in modo tale da impedire la rotazione in senso orario e quindi è diretto verso destra per dare una coppia antioraria. Si noti che l'attrito agisce in avanti in questo caso e quindi accelera l'auto in avanti.
4-> Allo stesso tempo, se guardi la ruota anteriore, cosa sta succedendo. L'asse delle ruote si muove insieme all'auto e quindi spinge la ruota anteriore al suo centro, questa forza dell'asse agisce al centro della ruota in modo che la coppia sia fornita da essa, ma dà alla ruota un movimento in avanti .(Nota: fino ad ora non c'è coppia, quindi la ruota si muove in avanti "senza" ruotare) A causa di ciò le ruote cercano di slittare. Anche in questo caso l'attrito agirà in modo tale da impedire lo slittamento relativo. Lo slittamento non è possibile solo se le ruote ruotano in senso orario mentre si muovono in avanti. Quindi, per evitare che l'attrito strisciante agisca all'indietro per dare una coppia in senso orario.
Spero che abbia aiutato! Vedi questi post per una conoscenza più chiara: Perché i corpi rotanti hanno attrito tra quando la superficie sta accelerando? Qual è la direzione della forza di attrito che agisce su una ruota che rotola?