¿Cómo funciona un caballito?

Si tomamos el diagrama de cuerpo libre de arriba y sumamos los momentos alrededor del centro de masa, encontraremos que una mayor fuerza aplicada de hecho haría que el cuerpo sólido gire.

Tal vez. O pueden aparecer fuerzas adicionales. Si empujo hacia arriba el parachoques de mi automóvil, se aplica una fuerza de rotación. Pero la fuerza normal sobre la rueda más alejada de mí aumenta, por lo que el par total aún suma cero.

El problema con este entendimiento es que durante la rotación, el centro de masa del sistema dibujado debería elevarse en relación con la superficie por la que se mueve la bicicleta. Si la bicicleta estuviera realmente girando alrededor de su centro de masa, entonces la rueda trasera comenzaría a sumergirse debajo de la superficie de la carretera como se podría ver en un videojuego con fallas.

Otra forma de interpretar esto es que si aplica un par pequeño y lo imagina alrededor del centro de masa, está empujando la rueda trasera contra el suelo. Al hacerlo, la fuerza normal aumenta. Esta fuerza normal aumentada contrarresta el torque que está aplicando. Pero lo máximo que puede ser esto es el peso de la bicicleta. Entonces, si aumenta más allá de este máximo, la bicicleta girará.

Originalmente había tratado de analizar esto desde el eje trasero, pero debido a que la bicicleta acelerará, esto hace que aparezcan fuerzas ficticias en el marco del eje que deben ser tratadas. En su mayoría, podemos ignorar esto analizando alrededor del centro de masa.

Ignoraré la fricción por ahora y supondré que tenemos suficiente fricción para evitar que las ruedas patinen. Entonces, las fuerzas que debemos considerar son el peso, las fuerzas normales y la fuerza de fricción del camino.

A medida que la rueda acelera más rápido, proporciona un par motor a la bicicleta. La bicicleta responde cambiando el equilibrio de las fuerzas normales. En el límite, solo la rueda trasera proporciona una fuerza normal, y eso equivaldrá al peso de la bicicleta. Dado que la gravedad actúa a través del centro de masa, los únicos momentos de torsión que aparecen son la fuerza normal y la fuerza de fricción. Cuando el torque de la fricción excede el torque normal, la bicicleta se inclinará.

Para volcar la bicicleta, la rueda tiene que empujar con una fuerza mayor que el peso del vehículo multiplicado por un factor que depende de la ubicación del centro de masa. \

Y como tenemos la fuerza hacia adelante, podemos resolver la aceleración hacia adelante y saber que a medida que comienza a inclinarse, la bicicleta acelerará a$\frac{x}{y}g$

Y luego lo que creo que comenzó tu pregunta:

...las únicas fuerzas que actúan sobre el eje trasero, punto O, es la fuerza del peso. Esto significa que un aumento en el par aplicado y, posteriormente, la fuerza aplicada Fa, no debería afectar la rotación alrededor del eje trasero.

En su diagrama inicial, estaba despreciando una fuerza adicional, y esa es la fuerza ficticia debida a la aceleración del marco. Esta fuerza es igual a$ma$y se aplica al centro de masa en la dirección opuesta a la aceleración de la bicicleta. Como la aceleración se debe a esta fuerza, significa que afecta la rotación, aunque no era obvio cuando comenzaste a sumar pares.

Considere el par como una fuerza aplicada a una palanca conectada a un punto de rotación. El par del pistón al centro de rotación del cigüeñal es interno al motor y no afectará a la motocicleta a menos que el motor esté conectado por un tren de potencia a otro punto de rotación de la motocicleta: el eje trasero.

La motocicleta NO intentará girar sobre su centro de gravedad A MENOS QUE se salga completamente de la carretera O si el par aplicado al eje trasero por el peso de la motocicleta en la parte delantera de la "palanca" de la carrocería supera la fricción entre la rueda trasera y la carretera que normalmente permite que el par motor se traduzca en movimiento hacia adelante. Si eso sucede, la rueda trasera se convertirá en una pala giratoria y se hundirá en la carretera, bajando efectivamente la parte trasera de la motocicleta y girando la motocicleta sobre su centro de gravedad.

Por otro lado, si el peso de la motocicleta apalancado en el eje trasero proporciona menos potencia de torsión que la potencia motriz de la rueda trasera que se encuentra con la carretera, la motocicleta avanzará, A MENOS QUE la torsión del motor en el eje trasero sea tan mucho mayor que el par impartido por el peso de la motocicleta que la salida de menor resistencia para el trabajo creado por el motor es hacer girar toda la motocicleta alrededor del eje trasero. Entonces obtienes un caballito y energía desperdiciada.