Sin fricción en la rodadura pura: ¿qué tal conducir un automóvil?

Recuerdo el resultado poco intuitivo de que el rodamiento puro sin aceleración no implica fricción por la ley de conservación del momento angular. Conjeturas:

  1. ¿Entiendo que cuando conduzco un automóvil a velocidad constante en una carretera recta y plana, las ruedas están en un estado de rodamiento puro?
  2. Una de las razones por las que tengo que seguir gastando combustible es que el neumático no está en contacto puntual con el suelo, lo que hace que la fuerza normal del suelo esté descentrada, proporcionando un par de desaceleración.

Otra razón por la que tengo que seguir gastando combustible es que hay algo de resistencia al aire.

Primero, ¿son correctas mis conjeturas? Además, al conducir un vehículo en el mundo real en las condiciones descritas anteriormente, ¿la fuerza de fricción sigue siendo cero, incluso teniendo en cuenta la resistencia aerodinámica y las imperfecciones del mundo real?

Recuerdo el resultado poco intuitivo de que la rodadura pura no implica fricción. ¿ Quiere decir rodar sin resbalar y sin aceleración?
Sí. Estoy particularmente interesado en lo que sucede cuando se conduce un automóvil/bicicleta en una carretera plana y recta a velocidad constante. Eso es rodar sin resbalar, ¿no?
El coche aplasta los neumáticos a medida que avanzan. Como cada parte de la llanta se expande de nuevo a su forma normal después de ser aplastada, no recuperas toda la energía.
Además de eso, también pierde energía debido a las deformaciones de la rueda que, aunque son elásticas, no devuelven la energía total, sino que se pierden y se propagan a través de la rueda.
¿Podemos clasificar estos fenómenos como contribuciones por fricción?
@RohitPandey: se conoce como resistencia a la rodadura y no es lo mismo que la fricción causada por una fuerza normal y la interacción entre el piso y la(s) rueda(s).
¿Es esta "resistencia a la rodadura" una fuerza? Si es así, ¿cuál es su dirección?
La resistencia a la rodadura es más bien un par que actúa contra la rodadura. Pero efectivamente, el coeficiente de resistencia a la rodadura se comporta de manera similar a un coeficiente de fricción, solo que es mucho más pequeño. Por ejemplo, para un neumático de bicicleta típico sobre asfalto, es 0,005.

Respuestas (1)

A 60 mph en la autopista, las pérdidas por fricción de un automóvil son aproximadamente 50% de resistencia a la rodadura y 50% de resistencia al aire. La resistencia del aire obviamente proviene de la resistencia del aire, que depende de la forma del vehículo, su área de sección transversal, velocidad, etc. La resistencia al rodamiento proviene de todas las fuerzas de fricción involucradas en la transferencia de potencia a las ruedas motrices, incluidas fricción, fricción de la transmisión, fricción del eje de transmisión y del diferencial, y deformación de los neumáticos en la carretera.

Respecto a los neumáticos en carretera, a presiones normales de inflado, la parte del neumático que no toca la carretera es aproximadamente redonda. A medida que la llanta gira y una parte de la llanta toca la carretera, se desinfla y las cuatro partes planas de las llantas (suponiendo que haya cuatro ruedas en la carretera) son las que proporcionan la tracción que mantiene a su automóvil en la dirección preferida. . Debido a que las llantas se "deforman" para proporcionar esta superficie plana sobre la que conduce, las paredes laterales de las llantas se flexionan rápidamente cuando esta superficie entra en contacto con la carretera y luego se deshacen rápidamente cuando esta parte de la llanta sale de la superficie de la carretera. Esta flexión y deflexión rápida calienta un poco las llantas, lo que indica que este proceso físico ocurre porque la fricción interna en la llanta genera calor que no contribuye a impulsar su automóvil por la carretera.

Por supuesto, hay una pequeña cantidad de fricción involucrada en rodar las llantas en la carretera que no se debe a la flexión de las llantas. Usted mantiene el control de su vehículo debido a esta fricción y, de hecho, es por eso que los neumáticos cuidadosamente manejados no duran para siempre. Esta resistencia a la rodadura es baja a una velocidad constante, pero aun así, las llantas bien diseñadas solo durarán de 60 000 a 70 000 millas antes de que la banda de rodadura se desgaste y se requieran llantas nuevas. Si desea participar en un escenario en el que esta fricción ya no está presente, intente conducir sobre hielo. El desgaste de los neumáticos prácticamente cesará en dicha superficie, pero no podrá cambiar la velocidad o la dirección en estas condiciones, y pronto tendrá que reemplazar mucho más que sus neumáticos.

gracias David, esta es una buena exposición del tema. -NN
Gracias, buena respuesta. ¿Es justo decir que cuando no cambio la velocidad o la dirección, la fricción (reacción no normal) entre las llantas y el suelo es cero?
No. Todavía hay una pequeña cantidad de fricción entre los neumáticos y la carretera. Los libros de física enumeran esto como coeficiente de resistencia a la rodadura, y existe incluso para vagones de ferrocarril, que usan ruedas de acero sobre rieles de acero.
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