¿En qué dirección actúa la fricción en un movimiento circular?

Piensa en esto:

El coche solo quiere seguir recto. Cuando gira las ruedas hacia la izquierda, no pueden rodar junto con el movimiento del automóvil. ¿De qué manera actuaría la fricción si el auto aún continuara recto de modo que las ruedas giradas se deslizaran sobre el asfalto?

La fricción es, por supuesto, al revés. Para detener el movimiento. Hay una componente de fricción perpendicular a las ruedas giradas. Y no está equilibrado. Esta es una fuerza que empuja hacia adentro el círculo que está a punto de formarse.

Ahora, si solo gira las ruedas gradualmente, el deslizamiento nunca ocurrirá. La componente perpendicular aparecerá cuando comience un ligero giro, y será fricción estática. Girar las ruedas de forma gradual y no demasiado rápida permite mantener este rozamiento estático. Sigue siendo perpendicular. Y así se gira el coche.

Esta es la fricción hacia adentro. Fricción estática. Si sus ruedas ruedan en lugar de deslizarse, entonces ya no hay fricción paralela. Solo está presente el componente perpendicular y provoca el cambio de dirección constante: el giro.

La fricción es siempre opuesta a la dirección del movimiento. Entonces, tienes razón. La fricción será en la dirección de los neumáticos que se oponen al movimiento del automóvil.

Es la aceleración centrípeta que va hacia el centro. Por lo tanto, para mantenerse en movimiento circular a una velocidad constante, debe girar el volante hacia el centro de la pista y acelerar el automóvil hacia el centro del círculo.

Entonces, ¿por qué solo necesitamos girar el volante ligeramente hacia adentro para permanecer en la pista circular? En realidad, la aceleración centrípeta hacia el centro sería una combinación de la aceleración del automóvil en la dirección de las ruedas delanteras y la desaceleración del automóvil por fricción. Para obtener la aceleración hacia el centro, se requiere que las ruedas giren solo ligeramente hacia adentro.

Después de revisar los comentarios e investigar otras preguntas similares, deduje la siguiente edición:

El empuje del automóvil, producido por el motor y luego redirigido por las ruedas delanteras (independientemente de si es tracción delantera o trasera) se convierte en movimiento de rotación en las ruedas. Esta energía empuja el suelo hacia atrás (sin éxito, por supuesto, debido a la gran masa de la tierra), pero da como resultado una fuerza de fricción reactiva igual y opuesta hacia adelante que impulsa el automóvil hacia adelante. Esta fuerza de fricción se opone al empuje hacia atrás sobre la tierra, lo que le da al automóvil un movimiento hacia adelante. Y por adelante, me refiero a la dirección en la que apuntan las ruedas delanteras. La combinación resultante de la fuerza de fricción reactiva que impulsa el automóvil y la fuerza de fricción más normal que se opone al movimiento del automóvil produce una aceleración hacia el centro del círculo.

Cabe señalar que la fricción no es una fuerza fundamental. En realidad, es el resultado de las fuerzas electrostáticas de los electrones externos que se oponen entre sí en dos materiales diferentes. Entonces, cuando decimos que la fricción es responsable de la aceleración hacia adelante del automóvil, esto es un poco subjetivo porque la fuerza también es causada por el empuje del motor que empuja la tierra hacia atrás. El motor no puede empujar el automóvil hacia adelante sin la fricción de los neumáticos con la carretera, pero a la inversa, la fricción no puede empujar el automóvil hacia adelante sin el empuje del motor. Cuando decimos que la aceleración hacia el centro del círculo (responsable del movimiento circular) es causada por la fricción, esto es engañoso porque es la combinación de dos fuerzas de fricción separadas. Una de esas fuerzas de fricción es la fuerza de reacción causada por la acción del motor.

La dirección de la fricción en el movimiento circular varía según el tipo de círculo que se forme. Por ejemplo en un círculo horizontal, el que has definido con un coche entrando en una pista, el rozamiento es el proveedor de la fuerza centrípeta, por tanto actúa hacia el centro de la pista. La razón de esto se debe a la dirección de movimiento de las ruedas del automóvil.

En un círculo vertical, la dirección depende de la posición del objeto en el círculo. Por ejemplo en un loop de loop.

La fuerza de fricción en realidad juega dos papeles en esta situación:

1) Mantiene la velocidad del coche. Esto también sucede cuando conduce en línea recta: el motor trabaja para empujar el automóvil contra la carretera para mantener su velocidad.

2) Mantiene la trayectoria circular del coche. Esto es lo que realmente te interesa. Para comprender por qué la fuerza actúa hacia el centro, intente dibujar el automóvil en un instante de tiempo y luego un momento después. Dibuje los vectores de velocidad en cada instante. Ahora, dado que la aceleración es el cambio de velocidad en el tiempo, reste$\vec v_1$de$\vec v_2$. Verás que el vector resultante apunta hacia el centro del círculo. Eso significa que la aceleración está dirigida hacia el centro del círculo y, por lo tanto, la fuerza requerida para mantener la trayectoria también debe apuntar hacia el centro.

Para mantener el automóvil en movimiento circular, la velocidad de su automóvil debe inclinarse hacia el centro de la pista todo el tiempo. Este cambio en la dirección de tu movimiento requiere una fuerza, y la única fuerza que puede hacer eso en tu situación es la fricción.