¿Cuál es el sentido de la fuerza de rozamiento que actúa sobre una rueda rodante?

Question

Vamos a simplificar las cosas y a suponer que la rueda no se desliza. Supongamos que estás en un coche que se mueve con velocidad constante. Obviamente, las ruedas ejercen una fuerza tangencial a la superficie de la carretera en los puntos de contacto, P . Según la tercera ley de Newton, la acción es igual a la reacción, por lo que la carretera ejerce una fuerza sobre las ruedas en la dirección del movimiento (véase la figura 1). Así que la fricción actúa en la dirección del movimiento del coche. Parece razonable ya que si no hubiera rozamiento las ruedas girarían pero el coche no se movería. Sin embargo, hay una cosa que no consigo entender. Imaginemos ahora una rueda rodando (sin resbalar) sobre una superficie lisa con velocidad inicial V0 (aquí me refiero a esa t). El mismo argumento debería valer (la rueda ejerce una fuerza tangencial a la superficie sobre la carretera en el punto de contacto, P . Según la tercera ley de Newton, la acción es igual a la reacción, por lo que la carretera ejerce una fuerza sobre la rueda en la dirección del movimiento.) Por lo tanto, la fuerza de rozamiento debe actuar de nuevo en la dirección de movimiento. Sin embargo, la rueda se ralentiza con el tiempo, lo que significa que la fuerza de fricción debe apuntar en el **frente a dirección a la dirección del movimiento. ¿Podría alguien dar una CUALITATIVO ¿explicación de la aparente paradoja? También pido que se utilice SÓLO** el "lenguaje" de las fuerzas (no aplicar el concepto de par, ya que hace menos vívida la explicación).

Answer 1

Esto puede ayudarte un poco

"Obviamente, las ruedas ejercen una fuerza tangencial a la superficie en la carretera en los puntos de contacto, P"

¡¡¡No!!! Debes entender que la rueda no es capaz de ejercer una fuerza en la dirección que quiera o que tú quieras. Si la rueda está realizando un movimiento de rodadura puro, sólo ejercerá una fuerza tangencial si está acelerando y no es posible ninguna fuerza tangencial en caso de que su velocidad permanezca constante.

Aquí, también hay que tener en cuenta que, no "depende" de si la superficie es rugosa o lisa (sin fricción), ninguna fuerza tangencial está involucrada con la condición de que su velocidad se mantiene constante (movimiento de rodadura uniforme).

"Creo" que estás relacionando el movimiento de rodadura con el mecanismo de la marcha. No lo hagas. Tú (por tus músculos y todo eso) puedes presionar el suelo en la dirección que quieras y en cualquier momento pero no es posible para la rueda.

Ahora, usted debe pensar por qué ninguna fuerza tangencial (o fricción) entra en juego para el movimiento de rodadura uniforme.Para esto usted debe saber que

1-> El punto de contacto tiene una velocidad relativa nula con respecto al suelo y además ni siquiera intenta tener una velocidad relativa (cosa que sí intentaría si acelerara debido a un par externo)

2->La fricción siempre actúa para evitar el deslizamiento relativo (o movimiento relativo) entre superficies, es decir, entrará en juego si las superficies resbalan relativamente o intentan resbalar.

Dado que en el movimiento de rodadura puro y uniforme no hay "tendencia" al deslizamiento del punto de contacto, no hay Fricción (fuerza tangencial) y por tanto no hay paradoja.

También puedes ver como el rozamiento no es posible en la rodadura pura "uniforme" así->

Si hay rozamiento que actúa hacia delante (en el sentido del movimiento) entonces debe acelerar la rueda hacia delante además de que también proporcionará un toque externo en sentido contrario a las agujas del reloj. Así que imagina esta situación: ya no permanece en movimiento de rodadura uniforme (su velocidad lineal aumenta + la velocidad angular disminuye, por lo que también empezará a resbalar, es decir, dejará de rodar). Pero, inicialmente suponíamos que la rueda rodaba con velocidad uniforme. Esto nos lleva a una paradoja, por lo que se puede concluir que la fricción no actúa en el movimiento de rodadura uniforme (ya que no permanecerá rodando si la fricción actúa).

Ahora te puedes preguntar cómo un coche es capaz de acelerar hacia adelante!!!Pero espera! no es "uniforme" puro balanceo. El coche está acelerando. Así que la fricción estática ahora entra en juego. Pero, ¿cómo? Vale, está acelerando pero no está deslizando, sigue rodando, así que no hay velocidad relativa, así que no hay deslizamiento relativo (o movimiento relativo), así que no hay fricción.

Si estás pensando como lo anterior, el punto que has omitido es que he dicho que lo que entra en juego es la fricción "estática" y no la cinética. Y también cuando el motor del coche aplica un par de torsión en las ruedas, las ruedas (el punto de contacto de la rueda) "tratan de deslizarse" relativamente al suelo. Asi que la friccion estatica (nuestro heroe) viene, actua en direccion hacia adelante y previene ese deslizamiento y tambien acelera el coche hacia adelante. Ahora, después de recorrer cierta distancia, el coche deja de acelerar y se mueve con velocidad uniforme. Ahora que la fricción estática desaparece como el ahora el punto "ni siquiera tratar de deslizarse" en relación con el suelo.

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Answer 2

Como la rueda rueda sin resbalar la fuerza de rozamiento sobre la rueda es nula. Esto se debe a que la fricción actúa cuando los objetos se deslizan unos sobre otros o cuando los objetos intentan deslizarse unos sobre otros. Sin embargo, en el punto de contacto la velocidad de la rueda con respecto al suelo es cero, por lo que no hay deslizamiento y no actúa la fricción. La declaración de la velocidad de traslación y angular de las ruedas se debe a un concepto llamado "Resistencia a la rodadura"

Answer 3

Si un coche está ganando velocidad, la fuerza de la carretera es hacia adelante. Si está frenando, la fuerza es hacia atrás. Si la velocidad es constante, la fuerza es hacia delante y lo suficientemente grande como para superar las distintas fuentes de resistencia.