Dirección de fricción cuando un automóvil gira

Este es mi intento de ilustrar lo que sucede cuando se gira la rueda del automóvil:

Concéntrese en la parte de la llanta del automóvil marcada con una mancha roja y la parte de la carretera marcada con una mancha verde. Si pudiéramos mirar la zona de contacto entre el neumático y la carretera, veríamos algo como el rectángulo que dibujé a la izquierda. Cuando la rueda está recta, la mancha roja en el neumático y la mancha verde en la carretera se mueven juntas (supongo que el automóvil se mueve hacia la izquierda, por lo que el suelo se mueve hacia la derecha).

pero ahora supongamos que giramos la rueda hacia la izquierda. El parche de contacto ahora se parece al rectángulo de la derecha. Debido a que el parche se ha girado en relación con la carretera, las manchas rojas y verdes ahora no se mueven juntas, sino que la mancha roja en el neumático se raspa a lo largo de la superficie de la carretera. Es este movimiento lateral de la superficie del neumático a través de la superficie de la carretera lo que provoca la fuerza de fricción que hace girar el automóvil.

Otra respuesta de una publicación duplicada:

Entonces, desea comprender cómo el neumático genera una fuerza que es lateral a la dirección del vehículo.

Es posible que desee echar un vistazo a la fuerza de giro . Esta fuerza proviene del hecho de que:

1. El neumático tiene un área de contacto con el suelo. Las fuerzas entre el neumático y el suelo pueden intercambiarse sobre esta área.
2. El neumático es elástico y por lo tanto deformable. La fuerza lateral proviene de la deformación debida a la diferencia entre la dirección del vehículo y la orientación del neumático.

Permítanme explicar esto con un hermoso dibujo. La fricción es en dirección opuesta a la velocidad del vehículo. Si se giran los neumáticos, se deforman. Son elásticos para que quieran volver a su posición de descanso. Sin embargo, hay fricción entre el suelo y el neumático. Esto provocará una fuerza en el suelo, a la que llamé aquí Fuerza Elástica . Esta fuerza es la fuente de la fuerza lateral sobre el vehículo.

Lea sobre la fuerza de giro y supongo que lo entenderá fácilmente :)

Los neumáticos (o la bola) quieren viajar en línea recta y la fricción (la tracción en realidad) hace que se desvíe de la línea.

El rozamiento (que actúa sobre el sentido de la marcha) está presente en ambos casos. Para el automóvil, existe el efecto adicional de tracción que obliga a dar la vuelta a la parte de la curva. La pelota va en línea recta, por lo que no se necesita tracción.

Visualiza el coche sobre hielo, haciendo que los neumáticos patinen. En relación con la curva (movimiento deseado), los neumáticos se deslizan y la fricción se opone a este movimiento. En carreteras normales no se observa este derrape, pero sucede. Busque "Ángulo de deslizamiento de neumáticos" y aprenderá mucho al respecto.

Este deslizamiento hacia el exterior del círculo es lo que genera el rozamiento de la llanta, y es el mismo mecanismo contigo tratando de deslizar una caja en línea recta. La fricción se opondrá a este movimiento.

Comience mirando una rueda de un automóvil que gira. Recorre una trayectoria curva y experimenta una fuerza de fricción lateral. Si quita la rueda del automóvil y la hace rodar, solo rodará en línea recta. Para hacer que cambie de dirección y recorra una trayectoria curva mientras rueda, debe girarlo sobre un eje vertical aplicando un par de torsión en el eje vertical. Tenga en cuenta que cuando gira la rueda en un eje vertical mientras rueda, experimentará una fuerza lateral. Aquí tienes la rueda aplicando una fuerza al pavimento y, con la tercera ley de Newton, el pavimento aplicando una fuerza a la rueda.

Así que ahora tenemos una sola rueda que recorre una trayectoria curva y experimenta una fuerza lateral. Aquí hay una parte poco intuitiva, pero verá que es verdad en un momento. Si las cuatro ruedas del automóvil que toma las curvas estuvieran experimentando pares continuos en el eje vertical, todas estarían recorriendo caminos curvos y experimentando fuerzas laterales. Hay un mecanismo simple que pasa desapercibido que crea este par de eje vertical en cada rueda cuando las ruedas delanteras del automóvil apuntan en una dirección diferente a las ruedas traseras.

En el modelo de bicicleta de una sola pista que se muestra a continuación, desde una parada, la rueda delantera y la trasera estarán inclinadas para rodar en una dirección tal como lo estaba la rueda única descrita anteriormente. Esto se debe a la fricción del parche de contacto que resiste la rotación del eje vertical. Como puede ver, con cualquier cantidad de movimiento hacia adelante, el cuadro de la bicicleta actúa como una palanca para aplicar un par de torsión en el eje vertical tanto en la rueda delantera como en la trasera. Ambos pares crean una rotación del eje vertical en sentido antihorario girando ambas ruedas hacia la izquierda. La bicicleta continuará a lo largo de un camino curvo con ambas ruedas experimentando una fuerza de fricción lateral porque las ruedas cambian individualmente la dirección en la que ruedan.

El video vinculado a continuación muestra esto con más detalle y con experimentos de la vida real.

https://youtu.be/51Z8Tl6eGfo