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¿Por qué $F_\mu=m\frac{v^2}{r}$ demostrar que sólo es la fricción lo que mantiene, por ejemplo, un coche en la carretera?

Estoy leyendo física el año pasado en un gimnasio sueco (equivalente a la escuela secundaria/universidad) y tengo un problema de comprensión de un concepto en el siguiente texto.

Texto traducido:

Un coche con la masa $m$ circula con velocidad constante en una curva horizontal de radio $r$ . Lamentablemente, la Administración de Carreteras sueca se ha olvidado de cantonear la carretera.

$\ldots$ (algunos cálculos).

$F_\mu=m\frac{v^2}{r}$

Esta fórmula demuestra que sólo es la fricción lo que mantiene al coche en la carretera. El coche pierde el agarre de la carretera y empieza a deslizarse cuando la velocidad es tan grande que $F_\mu=\mu N=\mu mg$ donde $\mu$ es el coeficiente de fricción por deslizamiento.

No entiendo por qué la propia fórmula muestra que es sólo la fricción la que mantiene el coche en la carretera. Puede ser que me falten algunos conceptos en la interpretación de la fórmula.

EDITAR: Este podría ser una respuesta a mi pregunta, pero no explica cómo la propia fórmula muestra que sólo es la fricción la que mantiene, por ejemplo, un coche en la carretera.

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Farcher Puntos 906

Un coche con la masa $m$ accionamientos con constante velocidad en una curva horizontal de radio $r$ .

No es la velocidad la que es constante, es la velocidad la que es constante, ya que la dirección del movimiento del coche cambia a medida que el coche se desplaza en una trayectoria circular.


Para cambiar la velocidad del coche, que en este caso significa cambiar el sentido de la marcha del coche, hay que aplicar una fuerza sobre el coche: el coche sufre una aceleración centrípeta.

Si la carretera no está peraltada, la fuerza que actúa sobre el coche debe ser una fuerza de fricción sobre el coche debida a la carretera por la que circula.
Si no hubiera fricción, el sentido de la marcha del coche no cambiaría: piense en golpear una placa de hielo en la carretera.

La fuerza de fricción estática $F_{\rm static}$ está relacionado con la reacción normal $N$ como sigue $F_{\rm static} \le \mu_{\rm static}N = \mu_{\rm static}mg$ donde $m$ es la masa del coche, teniendo en cuenta que la fuerza de fricción estática puede variar hasta un valor máximo de $\mu_{\rm static}mg$ .

En la situación que has descrito esa fuerza estática de fricción es la única fuerza horizontal capaz de producir una aceleración centrípeta $\dfrac{v^2}{r}$ donde $v$ es la velocidad del coche y $r$ el radio de la curva.

Usando la segunda ley de Newton, $F=ma$ , da $\mu_{\rm static}mg = \dfrac{mv_{\rm maximum}^2}{r}$ .

A una velocidad inferior a $v_{\rm maximum}$ la fuerza de fricción es menor que $\mu_{\rm static}mg$ y el coche pasa por la curva.
Si la velocidad del coche supera $v_{\rm maximum}$ la fuerza de fricción es insuficiente para mantener el coche en la curva de radio $r$ y el coche empieza a recorrer un camino que tiene un radio de curvatura mayor, es decir, el coche no puede seguir la curva y se desplaza hacia fuera.

A veces ocurre que, cuando esto sucede, el coche empieza a derrapar de repente, habiendo un movimiento relativo entre los neumáticos y la carretera.
Cuando esto ocurre, el rozamiento cinético es el parámetro importante y, como es menor que el rozamiento estático, la fuerza de rozamiento disminuye drásticamente, lo que puede llevar a una situación en la que el coche esté fuera del control del conductor: el coche se desplaza casi en línea recta.

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