Pregunta sobre movimiento circular: automóvil girando en la carretera

Digamos que un automóvil gira en una carretera que tiene fricción. hice este pequeño diagramaingrese la descripción de la imagen aquí

donde las dos líneas paralelas indican las llantas del auto. Para que el automóvil siga girando en círculo, debe haber una fuerza dirigida al centro de curvatura: la fuerza centrípeta. He leído que esta fuerza viene como resultado de la fricción.

Sin embargo, para que haya una fuerza de fricción hacia el centro, ¿no tiene que haber una fuerza directamente opuesta que se aleje del centro, ya que las fuerzas de fricción no pueden existir por sí mismas, tienen que actuar para contrarrestar una fuerza opuesta? fuerza.

Entonces, ¿cómo puede haber una fuerza de fricción hacia el centro sin una fuerza correspondiente que se aleje del centro? ¿Tiene esto algo que ver con la pseudo-fuerza centrífuga? Además, ¿de dónde proviene exactamente esta fuerza de fricción? Además, ¿por qué la fuerza de fricción se dirige hacia el centro? ¿No debería ser opuesta a la dirección en la que viaja el automóvil en este momento, por lo tanto, en una dirección opuesta a la tangencial?

Respuestas (2)

Las fuerzas de fricción actúan como una respuesta, y de manera opuesta, a la velocidad , no a la fuerza (que serían fuerzas normales ).

El automóvil tiene una velocidad lineal en la dirección de avance y sigue moviéndose indefinidamente, ignorando cualquier fricción residual. Entonces, si el volante se gira hacia la izquierda, las llantas delanteras se giran hacia la izquierda, por lo que aparece una fuerza de fricción perpendicular a esas llantas. Esta fuerza es causada por la resistencia de los neumáticos al movimiento, al igual que cualquier otra fricción. Lo interesante es que los neumáticos pueden girar libremente solo en una dirección, pero no en la perpendicular. Por lo tanto, la fricción aparece solo en esa dirección no giratoria.

Esta fuerza apuntará no perpendicular al automóvil, sino perpendicular a los neumáticos. La diferencia es pequeña, ya que el ángulo real en el que giran los neumáticos es bastante pequeño, especialmente a altas velocidades. Además, una vez que el automóvil gira desde la línea recta, también aparecerá una pequeña fricción lateral en las llantas traseras, porque la velocidad ya no estará alineada con el eje de las llantas.

Diagrama de fuerza

Pero en su diagrama, la velocidad de los autos (y las llantas) todavía está en la dirección de avance. Entonces, ¿la fuerza de fricción no debería ir detrás, no perpendicular?
@ user2612743: Agregué un poco más de explicación. Déjame hacer otro dibujo...
Veo que, de hecho, habrá una fuerza lateral, pero parece que la cantidad sería demasiado pequeña para crear una fuerza de fricción significativa. Además, todavía habría fricción en la dirección opuesta a la velocidad no lateral (hacia adelante), ¿verdad? Una última pregunta: si Friction forces act as a response, and opposite, to velocity, not force, para un objeto en un plano inclinado, todavía hay fricción que actúa sobre él pero no velocidad (sin embargo, hay una fuerza que tira de él hacia abajo como resultado de la gravedad). Entonces, en este caso, ¿no es una respuesta a la fuerza?
@user2612743: La fricción en la dirección de avance es muy pequeña porque las ruedas giran y su eje está lubricado. La otra fuerza es relativamente pequeña pero suficiente para forzar a las llantas a moverse en la dirección en la que apuntan, más o menos, y hacer que el auto gire.
Ok, lo tengo. ¿Qué pasa con la última pregunta en mi comentario anterior: si Frictional forces act as a response, and opposite, to velocity, not force, para un objeto en un plano inclinado, todavía hay fricción que actúa sobre él pero no velocidad (sin embargo, hay una fuerza que tira de él hacia abajo por la rampa como resultado de la gravedad) ). Entonces, en este caso, ¿no es una respuesta a la fuerza?
@user2612743: Sobre la última pregunta... bueno, sí, me entendiste. La fricción es una fuerza que se opone al movimiento. En ese contexto, las fuerzas normales también son un tipo de fricción. La fricción de la que hablas ( estática ) siempre se opone a una fuerza que haría un movimiento para evitar ese movimiento, pero nunca creará una aceleración propia. La fricción de la que hablo ( dinámica ) trabaja siempre contra la velocidad, y trata de hacer que el objeto se detenga.

Algo que se mueve en un círculo a una velocidad constante está experimentando una aceleración constante hacia adentro. De F = mA, sabemos que esto requiere una fuerza sobre un objeto para acelerarlo, y esa fuerza es proporcional a la masa del objeto y la aceleración.

En el caso de un automóvil que da vueltas en círculo a una velocidad constante, esa fuerza proviene del suelo que empuja las llantas en una dirección radial hacia adentro. Esta fuerza es posible gracias a la fricción de los neumáticos contra el suelo. No existe una fuerza correspondiente que empuje hacia afuera el automóvil, aunque a veces se invoca la "fuerza centrífuga" ficticia para racionalizarla. Las únicas fuerzas sobre el automóvil son el suelo que empuja hacia arriba para contrarrestar la gravedad y el suelo que empuja hacia adentro para proporcionar la fuerza para su aceleración radial hacia adentro.

Si una parte del círculo sobre el que viaja el automóvil fuera reemplazada por un parche helado (fricción ideal 0), entonces el automóvil dejaría de dar vueltas y continuaría en cualquier dirección en la que estaba cuando golpeó el parche helado.

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