Направление сил трения на передние и задние колеса [закрыто]
Почему силы трения на передних и задних колесах движущегося автомобиля противоположны, если ускоряются только передние колеса (или только задние колеса)? Когда автомобиль ускоряется, направление статического трения передних колес о поверхность направлено назад. Но как насчет колес на задней части машины?
Ответы
Предполагая, что это двухколесный автомобиль, который работает без пробуксовки, одна пара колес вращается трансмиссией, чтобы привести автомобиль в движение. Другая пара колес поворачивается поверхностью дороги, создавая сопротивление. Итак, у вас есть толкающее и тянущее, статическое трение в противоположных направлениях.
Самый простой способ выяснить, что происходит с трением, - это посмотреть, что происходит, когда вы выключаете трение.
Предположим, что автомобиль едет по дороге без трения, когда автомобиль остановился, нажатие на педаль акселератора заставляет задние колеса вращаться по часовой стрелке. Они крутятся по поверхности без трения, передние колеса ничего не делают, и машина никуда не едет.
Трение задних колес препятствует вращению, поэтому оно должно указывать в том направлении, в котором автомобиль хочет ехать. Чтобы задние колеса катились без пробуксовки, трение должно быть статическим.
Если включить трение только по задним колесам, машина разгоняется вперед, а передние колеса тянутся по дороге без пробуксовки. Трение препятствует этому движению, поэтому оно должно указывать противоположно направлению движения автомобиля. Опять же, это должно быть статическое трение, когда шины катятся по дороге.
Трение на передних и задних шинах противоположно, это означает, что выходной крутящий момент от задних колес должен быть больше определенного минимального значения для движения автомобиля.
Почему силы трения на передних и задних колесах движущегося автомобиля имеют противоположное направление ?
Независимо от того.
Пусть направление разгона автомобиля будет $\hat a$ и это может быть в том же направлении, что и скорость автомобиля (величина увеличения скорости), или в направлении, противоположном скорости автомобиля (величина скорости уменьшается).
Сила трения нижней части шин, касающейся земли ведущих или тормозных колес, будет в направлении ускорения автомобиля, то есть в направлении $\hat a$, а все остальные шины будут иметь силы трения, противоположные направлению ускорения автомобиля, то есть в направлении $-\hat a$.
Вариация - это одновременное нажатие педали акселератора и педали тормоза или варианты этого, когда ускорение равно нулю, что происходит, когда водитель хочет произвести дымящиеся шины, что иногда называют выгоранием.
Проще всего это сделать на мотоцикле, потому что передние и задние тормоза управляются независимо, а центр масс мотоцикла и водителя можно относительно легко изменить.
Если ускорение автомобиля равно нулю, при этом силы трения, пытающиеся заставить автомобиль ускоряться, равны по величине, но противоположны по направлению силам трения, пытающимся предотвратить ускорение автомобиля.
Чтобы понять, почему направление трения на передних и задних колесах противоположное, необходимо принять во внимание тот факт, что двигатель автомобиля передает крутящий момент (эффект поворота) только задним колесам, а не передним колесам. Сейчас же,
1-> Давим на педаль акселератора автомобиля, чтобы двигатель передавал крутящий момент на задние колеса. Примечание. Крутящий момент может вращать только тело и никогда не может производить поступательное движение. Таким образом, если земля не имеет трения (в этом случае трение является единственной силой, которая может действовать горизонтально, поскольку трение отсутствует, поэтому нет силы в горизонтальном направлении и, следовательно, нет движения в горизонтальном направлении), то задние колеса будут вращаться вокруг своей оси. аксель и не пойдет вперед. Обратите внимание: в этом случае колеса будут скользить.
2-> В то же время обратите внимание на передние колеса. На них нет крутящего момента (поскольку двигатель передает крутящий момент только на задние колеса), а также нет чистой горизонтальной силы, так как трение отсутствует (опять же, потому что трение - единственная сила, которая может действовать горизонтально). Итак, передние колеса неподвижны, нет вращения, нет перевода.
3-> Теперь давайте снова нажмем на акселератор, но теперь есть некоторое трение. То же самое, двигатель прикладывает крутящий момент к задним колесам, колеса будут вращаться (по часовой стрелке) и попытаются поскользнуться. Поскольку трение всегда препятствует относительному скольжению, оно действует таким образом, что предотвращает вращение по часовой стрелке, и поэтому оно направлено вправо для создания крутящего момента против часовой стрелки. Обратите внимание, что в этом случае трение действует в прямом направлении и, таким образом, ускоряет автомобиль вперед.
4-> В то же время, если посмотреть на переднее колесо, что происходит. Ось колес движется вместе с автомобилем, поэтому она толкает переднее колесо в его центре, эта сила оси действует в центре колеса, поэтому крутящий момент создается ею, но она дает колесу движение вперед. . (Обратите внимание - крутящего момента до сих пор нет, поэтому колеса движутся вперед "без" вращения) Из-за этого колеса пытаются проскочить. Снова будет действовать трение, предотвращающее относительное скольжение. Пробуксовка невозможна только в том случае, если колеса вращаются по часовой стрелке вместе с движением вперед. Таким образом, чтобы предотвратить скольжение, трение действует в обратном направлении, создавая вращающий момент по часовой стрелке.
Надеюсь, это помогло! См. Эти сообщения для более четкого понимания: Почему вращающиеся тела имеют трение, когда поверхность ускоряется? Каково направление силы трения, действующей на катящееся колесо?