静止車両を動かすために必要な引っ張り力
バックグラウンド
トラックから旅客機に至るまで、人間が大型車を引っ張る例はたくさんあります。この背後にある物理学を研究するとき、ほとんどの結果は、車両が車輪に乗っているときの転がり抵抗の減少を示しました。車両の垂直抗力に転がり係数（アスファルトタイヤの場合は約0.02）を掛けるため、進行方向と反対の水平方向の力が大幅に減少します。しかし、これが静摩擦の概念とどのように比較されるかについて私は混乱しています。私の現在の解釈では、転がり抵抗は車両がすでに動いているときにのみ適用され、静止状態から移動状態に移行するには静止摩擦を克服する必要がありますか？そして、静摩擦の係数は1に非常に近いので、静摩擦を克服するための初期の力ははるかに高くなりますか？
問題の定式化
それで、質量のある乗り物があると仮定しましょう $m$ゴム製の車輪の上で、アスファルトの上に静止して立っています。移動方向/車輪方向にロープが車両に取り付けられています。車内システムの摩擦を無視すると、人間がロープを引っ張って車を動かすのに必要な力をどのように計算するのでしょうか。必要な引っ張り力は静摩擦に等しいですか、つまり$F_{pull}=\mu mg$？その後、車両を一定速度で動かし続けるために必要な力は、転がり抵抗に等しくなります$F=cmg$？また、車両を動かすのに必要な数を計算するための人間の「引っ張り強度」に共通の値はありますか？
回答
明らかに、静摩擦と転がり摩擦には違いがあります。トルクが加えられたときにホイール速度を与えるには、静摩擦が必要です。ホイールが特定の速度に達し、一定の速度で移動すると（トルクが適用されなくなったとき）、理想的な状況（ホイールの運動エネルギーが他のエネルギー形式に変換されない）では、ホイールは静止摩擦（トルクによって引き起こされる加速中にのみ感じた）が発生しなくなり、永遠に転がり続けます。
しかし、状況は理想からほど遠いです。エネルギーが消費されます。そして、ここで転がり摩擦が作用します。転がり摩擦は静摩擦がするように、加速しないようにホイールを引き起こし、それにデ・ホイールをcellerate。どちらの場合もトルクは反対方向ですが、同じ値ではありません。
ホイールの移動を開始するには、特定の制限に達するまで力（トルク）を加えることができます。この制限を超える値の力（トルク）が加えられると、ホイールは動摩擦を経験します（ホイールは、それが置かれている表面と摩擦を経験します。加速しているフォーミュラ1レーシングカーの煙を見てください。ただし、静止摩擦はより効率的であり、すべてのドライバーは完全なガスを供給します）。
トルクがかからなくなると、車輪は減速します。これは転がり摩擦が原因です。
私の現在の解釈では、転がり抵抗は車両がすでに動いている場合にのみ適用されます
それは正しいです。
そして、静止状態から移動状態に移行するには、静止摩擦を克服する必要がありますか？
それは正しくありません。転がり運動の開始に抵抗する小さな静止摩擦力がありますが、一般的には小さすぎて違いがありません。代わりに、静止摩擦により、タイヤ表面と路面との間の相対運動、つまり横滑りや滑りが防止されます。静止摩擦力により、ホイールがスライドするのを防ぎ、ホイールが前方に回転できるようにします。転がり運動に対抗しません。
そして、静摩擦の係数は1に非常に近いので、静摩擦を克服するための初期の力ははるかに高くなりますか？
何よりも1つに近いですか？あなたが転がり抵抗の係数を意味するならば、はいより。転がり抵抗は、表面上を一定速度で転がるのに対抗する力です。ウィキペディアによると、ほとんどの新しい乗用車用タイヤの転がり抵抗は0.007〜0.14の範囲であるため、一般に静止摩擦係数よりはるかに小さくなります。しかし、繰り返しますが、最初の引っ張り力は静止摩擦に打ち勝つ必要はありません。
問題の定式化
車内システムの摩擦を無視すると、人間がロープを引っ張って車を動かすのに必要な力をどのように計算するのでしょうか。
「車を動かす」とは、車を加速させることを意味します。車を加速するために必要な引っ張り力は、ニュートンの第2法則に基づいて計算されます
$$a=\frac{F}{m}$$
静摩擦に等しい必要な引張力です。 $F_{pull}=\mu mg$？
番号、 $umg$は可能な最大静摩擦力です。ケアを加速するために必要な力は、上記のニュートンの第2法則に従います。
その後、車両を一定速度で動かし続けるために必要な力は、転がり抵抗に等しくなります $F=cmg$？
それは正しいです、ここで $c$ は転がり抵抗（CRR）の係数です。
また、車両を動かすのに必要な数を計算するための人間の「引っ張り強度」に共通の値はありますか？
カナダ労働安全衛生センターによると、労働者はしっかりした構造に対して自分の体（または足）を支えることができ、最大675Nの力を発生させることができます。これが小型の1000kG車両に適用されると仮定すると、 $F=ma$ 最大0.675m / sの加速度$^2$可能だろう。比較のために、5.9秒で0から60mphまで加速する車の加速は4.5m / sです。$^2$
お役に立てれば。