Se requiere fuerza de tracción para mover el vehículo estacionario

Fondo

Hay muchos ejemplos de humanos tirando de vehículos pesados, desde camiones hasta aviones. Al investigar la física detrás de esto, la mayoría de los resultados apuntaron a la reducción de la resistencia a la rodadura cuando los vehículos están sobre ruedas. Debido a que la fuerza normal del vehículo se multiplica por el coeficiente de rodadura, que es de aproximadamente 0,02 para neumáticos sobre asfalto, la fuerza en la dirección horizontal opuesta a la dirección de desplazamiento se reduce considerablemente. Sin embargo, estoy confundido acerca de cómo se compara esto con el concepto de fricción estática. Mi interpretación actual es que la resistencia a la rodadura solo se aplica cuando el vehículo ya se está moviendo, y que uno tiene que superar la fricción estática para pasar de estar estacionario a moverse. Y la fricción estática tiene un coeficiente mucho más cercano a uno, entonces, ¿sería mucho mayor esa fuerza inicial para superar la fricción estática?

Formulación del problema

Entonces, supongamos que hay un vehículo de masa metro sobre ruedas de goma, de pie parado sobre asfalto. Una cuerda está unida al vehículo en la dirección de movimiento/las ruedas. Despreciando la fricción en los sistemas internos del automóvil, ¿cómo se calcula la fuerza requerida por un ser humano que tira de la cuerda para que el automóvil se mueva? ¿La fuerza de tracción requerida es igual a la fricción estática, es decir, F pag tu yo yo = m metro gramo ? Después de lo cual, la fuerza requerida para mantener el vehículo en movimiento a velocidad constante es igual a la resistencia a la rodadura F = C metro gramo ? Además, ¿hay algún valor común para la "fuerza de tracción" de un ser humano para calcular cuántos se necesitarían para poner en movimiento un vehículo?

No es necesario que libere las llantas del pavimento antes de que comiencen a rodar.

Respuestas (2)

Mi interpretación actual es que la resistencia a la rodadura solo se aplica cuando el vehículo ya se está moviendo

Eso es correcto.

y que uno tiene que superar la fricción estática para pasar de estacionario a móvil?

Eso no es correcto. Aunque existe una pequeña fuerza de fricción estática que resiste el comienzo del movimiento de balanceo, generalmente es demasiado pequeña para marcar la diferencia. En cambio, la fricción estática evita el movimiento relativo entre la superficie del neumático y la carretera, es decir, patinar o deslizarse. La fuerza de fricción estática evita que la rueda se deslice y, por lo tanto, permite que la rueda ruede hacia adelante. No se opone al movimiento de balanceo.

Y la fricción estática tiene un coeficiente mucho más cercano a uno, entonces, ¿sería mucho mayor esa fuerza inicial para superar la fricción estática?

¿Más cerca de uno que de qué? Si te refieres al coeficiente de resistencia a la rodadura, entonces sí. La resistencia a la rodadura es la fuerza que se opone a rodar a velocidad constante sobre una superficie. Según Wikipedia, la resistencia a la rodadura de la mayoría de los neumáticos nuevos para pasajeros está en el rango de 0,007 a 0,14, por lo que generalmente es mucho menor que el coeficiente de fricción estática. Pero nuevamente, la fuerza de tracción inicial no tiene que superar la fricción estática.

Formulación del problema

Despreciando la fricción en los sistemas internos del automóvil, ¿cómo se calcula la fuerza requerida por un ser humano que tira de la cuerda para que el automóvil se mueva?

"Poner el auto en movimiento" significa acelerar el auto. La fuerza de tracción requerida para acelerar el automóvil se calcula con base en la segunda ley de Newton

a = F metro

Es la fuerza de tracción requerida igual a la fricción estática, es decir F pag tu yo yo = m metro gramo ?

No, tu metro gramo es la máxima fuerza de fricción estática posible. La fuerza requerida para acelerar el cuidado es según la segunda ley de Newton, como se indicó anteriormente.

Después de lo cual, la fuerza requerida para mantener el vehículo en movimiento a velocidad constante es igual a la resistencia a la rodadura F = C metro gramo ?

Eso es correcto, donde C es el coeficiente de resistencia a la rodadura (CRR).

Además, ¿hay algún valor común para la "fuerza de tracción" de un ser humano para calcular cuántos se necesitarían para poner en movimiento un vehículo?

De acuerdo con el Centro Canadiense para la Salud y Seguridad Ocupacional, donde un trabajador puede apoyar su cuerpo (o pies) contra una estructura firme, puede desarrollar una fuerza de hasta 675 N. Suponiendo que esto se aplique a un vehículo pequeño de 1000 kG, entonces de acuerdo con F = metro a una aceleración de hasta 0,675 m/s 2 sería posible. A modo de comparación, un automóvil que acelera de 0 a 60 mph en 5,9 segundos tiene una aceleración de 4,5 m/s 2

Espero que esto ayude.

Hay una diferencia, obviamente, entre la fricción estática y la fricción rodante. Se requiere fricción estática para dar velocidad a la rueda cuando se le aplica un par. Cuando la rueda ha alcanzado una cierta velocidad y se mueve con una velocidad constante (cuando el par ya no se aplica), entonces en la situación ideal (donde la energía cinética de la rueda no se convierte en alguna otra forma de energía), la rueda se siga rodando para siempre sin experimentar más fricción estática (que se sintió solo durante la aceleración causada por el par).
La situación, sin embargo, está lejos de ser ideal. La energía se disipa. Y es aquí donde entra en juego el rozamiento por rodadura. El rozamiento por rodadura hace que la rueda no acelere, como lo hace el rozamiento estático, sino que se desplace.Celerar la rueda. Los pares tienen direcciones opuestas en ambos casos pero no tienen el mismo valor.
Para que la rueda comience a moverse, puede aplicar una fuerza (torque) hasta alcanzar un cierto límite. Cuando se aplica una fuerza (par) con un valor por encima de este límite, la rueda experimenta fricción cinética (la rueda experimenta fricción con la superficie sobre la que está; mire el humo en los autos de carreras de Fórmula 1 que aceleran al principio, aunque aceleran con la fricción estática sería más eficiente, todos los conductores solo dan gas al máximo).
Cuando ya no se aplica el par, la rueda se desacelerará. Esto es causado por la fricción de rodadura .

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