Força de tração necessária para fazer o veículo estacionário se mover
fundo
Existem muitos exemplos de humanos puxando veículos pesados, de caminhões a aviões. Ao pesquisar a física por trás disso, a maioria dos resultados apontou para a redução da resistência ao rolamento quando os veículos estão sobre rodas. Como a força normal do veículo é multiplicada pelo coeficiente de rolamento, que é de cerca de 0,02 para pneus no asfalto, a força na direção horizontal oposta à direção de deslocamento reduz bastante. No entanto, estou confuso sobre como isso se compara ao conceito de atrito estático. Minha interpretação atual é que a resistência ao rolamento só se aplica quando o veículo já está em movimento, e que é preciso superar o atrito estático para ir de estacionário para em movimento. E o atrito estático tem um coeficiente muito mais próximo de um, então essa força inicial para superar o atrito estático seria muito maior?
Formulação de problema
Então, vamos supor que haja um veículo de massa $m$sobre rodas de borracha, parado no asfalto. Uma corda é presa ao veículo na direção do movimento / das rodas. Negligenciando o atrito nos sistemas internos do carro, como alguém calcula a força exigida por um humano puxando a corda para fazer o carro andar? A força de tração necessária é igual ao atrito estático, ou seja,$F_{pull}=\mu mg$? Após o que a força necessária para manter o veículo em movimento em velocidade constante é igual à resistência ao rolamento$F=cmg$? Além disso, há algum valor comum para a 'força de tração' de um humano para calcular quantos seriam necessários para fazer um veículo se mover?
Respostas
Há uma diferença, obviamente, entre o atrito estático e o atrito de rolamento. O atrito estático é necessário para dar a velocidade da roda quando um torque é aplicado a ela. Quando a roda atinge uma determinada velocidade e se move com uma velocidade constante (quando o torque não se aplica mais), então na situação ideal (onde nenhuma energia cinética da roda é convertida em alguma outra forma de energia), a roda continue rolando para sempre sem sentir mais atrito estático (que só era sentido durante a aceleração causada pelo torque).
A situação, entretanto, está longe de ser ideal. A energia é dissipada. E é aqui que o atrito de rolamento entra em jogo. O atrito de rolamento faz com que a roda não para acelerar, como atrito estático faz, mas a de Cellerate a roda. Os torques têm sentidos opostos em ambos os casos, mas não têm o mesmo valor.
Para iniciar o movimento da roda, você pode aplicar uma força (torque) até que um certo limite seja alcançado. Quando uma força (torque) com um valor acima desse limite é aplicada, a roda sofre atrito cinético (a roda sofre atrito com a superfície em que está; olhe para a fumaça nos carros de Fórmula 1 em aceleração no início, embora acelerando com a fricção estática seria mais eficiente, todos os drivers dão apenas gás completo).
Quando o torque não é mais aplicado, a roda desacelera. Isso é causado pelo atrito de rolamento .
Minha interpretação atual é que a resistência ao rolamento só se aplica quando o veículo já está em movimento
Está correto.
e que é preciso superar o atrito estático para passar de estacionário a em movimento?
Isso não está correto. Embora haja uma pequena força de atrito estático que resiste ao início do movimento de rolamento, geralmente é pequena demais para fazer diferença. Em vez disso, o atrito estático impede o movimento relativo entre a superfície do pneu e a estrada, ou seja, derrapagem ou deslizamento. A força do atrito estático evita que a roda deslize, permitindo que a roda role para a frente. Não se opõe ao movimento de rolamento.
E o atrito estático tem um coeficiente muito mais próximo de um, então essa força inicial para superar o atrito estático seria muito maior?
Mais perto de um do que o quê? Se você quer dizer o coeficiente de resistência ao rolamento, então sim. A resistência ao rolamento é a força que se opõe ao rolamento a uma velocidade constante sobre uma superfície. De acordo com a Wikipedia, a resistência ao rolamento da maioria dos pneus novos de passageiros está na faixa de 0,007 a 0,14, então é geralmente muito menor do que o coeficiente de atrito estático. Mas, novamente, a força de tração inicial não precisa superar o atrito estático.
Formulação de problema
Negligenciando o atrito nos sistemas internos do carro, como alguém calcula a força exigida por um humano puxando a corda para fazer o carro andar?
"Fazer o carro andar" significa acelerar o carro. A força de tração necessária para acelerar o carro é calculada com base na segunda lei de Newton
$$a=\frac{F}{m}$$
É a força de tração necessária igual ao atrito estático, ou seja, $F_{pull}=\mu mg$?
Não, $umg$é a força de fricção estática máxima possível. A força necessária para acelerar o atendimento está de acordo com a segunda lei de Newton conforme declarado acima.
Após o que a força necessária para manter o veículo em movimento em velocidade constante é igual à resistência ao rolamento $F=cmg$?
Isso é correto, onde $c$ é o coeficiente de resistência ao rolamento (CRR).
Além disso, há algum valor comum para a 'força de tração' de um humano para calcular quantos seriam necessários para fazer um veículo se mover?
De acordo com o Centro Canadense de Saúde e Segurança Ocupacional, onde um trabalhador pode apoiar seu corpo (ou pés) contra uma estrutura firme, ele pode desenvolver uma força de até 675 N. Supondo que isso seja aplicado a um pequeno veículo de 1000 kG, de acordo com $F=ma$ uma aceleração de até 0,675 m / s$^2$seria possível. Para efeito de comparação, um carro acelerando de 0 a 60 mph em 5,9 segundos tem uma aceleração de 4,5 m / s$^2$
Espero que isto ajude.