La rueda del automóvil se desliza hacia donde se dirige la fuerza de fricción. - "Cómo conducir un automóvil en una carretera resbaladiza". Sistema de estabilización electrónica

Problema de física - 5700

2017-12-15
¿Cuál es la dirección de la fuerza de fricción que actúa sobre las ruedas motrices del automóvil durante la aceleración (a), el frenado (b) y el giro (c)? ¿Es esta potencia igual a valor máximo$\mu N$ ($\mu$ es el coeficiente de fricción, $N$ es la fuerza de reacción de la calzada), y si es así, ¿en qué situaciones? ¿En qué situaciones no lo es? ¿Es bueno o malo que la fuerza de rozamiento alcance su valor máximo? ¿Por qué? ¿Qué automóvil puede desarrollarse en la carretera? más poder- tracción delantera o trasera - con la misma potencia del motor y por qué? Suponga que la masa del automóvil está distribuida uniformemente y que su centro de gravedad está en el medio.

Solución:

Analicemos primero la cuestión del papel de la fuerza de fricción en el movimiento de la máquina. Imagine que el conductor de un automóvil parado en hielo suave(no hay fuerza de fricción entre las ruedas y el hielo), presiona el pedal del acelerador. ¿Lo que sucederá? Está claro que el automóvil no irá: las ruedas girarán, pero se deslizarán en relación con el hielo; después de todo, no hay fricción. Y esto sucederá independientemente de la potencia del motor. Y esto significa que para usar la potencia del motor, se necesita fricción; sin ella, el automóvil no funcionará.

¿Qué sucede cuando hay una fuerza de fricción? Que sea muy pequeño al principio, y el conductor carro parado pisar el acelerador de nuevo? Las ruedas (ahora estamos hablando de las ruedas motrices del automóvil, digamos que son las ruedas delanteras) patinan con respecto a la superficie (la fricción es pequeña), giran como se muestra en la figura, pero esto provoca una fuerza de fricción que actúa desde el lado de la carretera sobre las ruedas, dirigido hacia adelante a lo largo de los movimientos de la máquina. Ella empuja el auto hacia adelante.

Si la fuerza de fricción es grande, cuando presiona suavemente el pedal del acelerador, las ruedas comienzan a girar y, por así decirlo, se repelen de la aspereza de la carretera, utilizando la fuerza de fricción que se dirige hacia adelante. En este caso, las ruedas no patinan, sino que ruedan por la carretera, de modo que el punto inferior de la rueda no se mueve con respecto a la lona. A veces, incluso con mucha fricción, las ruedas patinan. Seguro que te has topado con alguna situación en la que algún “conductor loco” se pone en marcha cuando se enciende el semáforo en verde para que las ruedas “chirrían” y quede una marca negra en la calzada por el deslizamiento de la goma sobre el asfalto. así que en emergencia(durante un frenado repentino o arranque con deslizamiento) las ruedas se deslizan con respecto a la carretera, en casos normales (cuando no queda una marca negra en la carretera debido a los neumáticos desgastados), la rueda no patina, sino que solo rueda a lo largo de la carretera.

Entonces, si el automóvil conduce de manera uniforme, las ruedas no se deslizan en la carretera, sino que ruedan a lo largo de ella para que el punto más bajo de la rueda descanse (y no resbale) en relación con la carretera. ¿Cuál es la dirección de la fuerza de fricción en este caso? Decir que es opuesta a la velocidad del automóvil es incorrecto, porque hablando de la fuerza de fricción, se refieren al caso del cuerpo que se desliza con respecto a la superficie, pero ahora no tenemos ruedas que se deslicen con respecto a la carretera. La fuerza de fricción en este caso se puede dirigir de cualquier manera, y nosotros mismos determinamos su dirección. Y así es como sucede.

Imagine que no hay factores que impidan el movimiento del automóvil. Entonces la máquina se mueve por inercia, las ruedas giran por inercia y la velocidad angular de rotación de las ruedas está relacionada con la velocidad de la máquina. Hagamos esta conexión. Deje que la rueda se mueva con velocidad $v$ y gírela de modo que el punto más bajo de la rueda no se deslice con respecto a la carretera. Pasemos al sistema de referencia asociado al centro de la rueda. En él, la rueda como un todo no se mueve, solo gira, y la tierra se mueve hacia atrás con una velocidad de $v$. Pero como la rueda no patina con respecto al suelo, su punto más bajo tiene la misma velocidad que el suelo. Esto significa que todos los puntos de la superficie de la rueda giran alrededor del centro con la velocidad $v$ y, en consecuencia, tienen la velocidad angular $\omega = v / R$, donde R es el radio de la rueda. Volviendo ahora al marco de referencia asociado con el suelo, concluimos que en ausencia de deslizamiento entre el punto inferior de la rueda y el camino, la velocidad angular de la rueda es $\omega = v / R$, y todos los puntos en la superficie tienen diferentes velocidades relativas al suelo: por ejemplo, el punto inferior - cero, superior $2v$, etc.

Y deje que el conductor con tal movimiento del automóvil presione el pedal del acelerador. Hace que la rueda gire más rápido de lo que debería para una velocidad dada del automóvil. La rueda tiende a deslizarse hacia atrás, hay una fuerza de fricción dirigida hacia adelante, que acelera el automóvil (el automóvil, por así decirlo, repele la aspereza de la carretera, utilizando la fuerza de fricción). Si el conductor presiona el pedal del freno, la rueda tiende a girar más lentamente de lo que debería a una velocidad dada del automóvil. Hay una fuerza de fricción dirigida hacia atrás, que frena el automóvil. Si el conductor gira las ruedas del automóvil, hay una fuerza de fricción dirigida en la dirección del giro, que hace girar el automóvil. Así, el control del coche -aceleración, frenada, giro- se basa en el correcto uso de la fricción, y, por supuesto, la gran mayoría de los conductores ni siquiera lo saben.

Respondamos ahora a la pregunta: ¿es esta fuerza igual a su valor máximo? En términos generales, no, ya que no hay deslizamiento de la rueda con respecto a la carretera, y la fuerza de fricción es igual al valor máximo cuando se desliza. En reposo, la fuerza de rozamiento puede tomar cualquier valor desde cero hasta el máximo $\mu N$, donde $\mu$ es el coeficiente de rozamiento; $N$ - fuerza de reacción de apoyo. Por lo tanto, si estamos acelerando (la fuerza de fricción se dirige hacia adelante), pero queremos aumentar la tasa de aceleración, presionamos más fuerte el pedal del acelerador y aumentamos la fuerza de fricción. De manera similar, si estamos frenando (la fuerza de fricción es hacia atrás), pero queremos aumentar el grado de frenado, aplicamos el freno con más fuerza y ​​aumentamos la fuerza de fricción. ¡Pero está claro que se puede aumentar en ambos casos si no fuera máximo! Por lo tanto, para controlar la máquina, la fuerza de fricción no debe ser igual al valor máximo, y usamos esta diferencia para realizar ciertas maniobras. Y cualquier conductor (incluso si no sabe nada sobre la fuerza de fricción y, por supuesto, la gran mayoría de ellos) siente intuitivamente si tiene una reserva de fuerza de fricción, si el automóvil está "lejos" de patinar y si es posible controlarlo.

Sin embargo, hay una situación en la que la fuerza de fricción es igual a su valor máximo. Esta situación se llama deriva. Haga que el conductor frene con fuerza camino resbaladizo. El automóvil comienza a deslizarse sobre la carretera, este estado de movimiento se denomina derrape. En este caso, la fuerza de fricción se dirige en sentido contrario a la velocidad (hacia atrás) y es igual a su valor máximo. Esta situación es muy peligrosa, porque el coche es ABSOLUTAMENTE incontrolable. No podemos girar (al menos de alguna manera, al menos un poco), porque para girar necesitamos una fuerza de fricción dirigida hacia el giro, pero no la tenemos a nuestra disposición: la fuerza de fricción es máxima y está dirigida hacia atrás. No podemos aumentar la velocidad de frenado (es imposible aumentar la fuerza de fricción, ya es máxima), no podemos (incluso si quisiéramos en tal situación) acelerar. ¡No podemos hacer nada! La situación se complica aún más por el hecho de que nadie "sostiene" el automóvil en la carretera en estado de derrape. ¿Por qué un automóvil no se mete en una zanja en condiciones normales, porque el lecho de la carretera siempre se inclina hacia el costado de la carretera para que fluya el agua? Es retenido por la fuerza de fricción, pero si el automóvil se desliza (patina), la fuerza de fricción se dirige en dirección opuesta a la velocidad y nada más. Por lo tanto, cualquier perturbación "lateral" - la pendiente de la carretera, una pequeña piedra debajo de una de las ruedas - puede hacer girar el automóvil o tirarlo al costado de la carretera. Nunca patinar 1.

Ahora comparemos la potencia que los automóviles con tracción delantera y trasera con el mismo motor pueden desarrollar en la carretera. Obviamente, la potencia que un automóvil puede desarrollar en la carretera depende no solo de su motor, sino también de cómo el automóvil "utiliza" la fuerza de fricción. De hecho, en ausencia de fricción, el automóvil se detendría (con las ruedas girando) independientemente de la potencia del motor (haciendo girar esas ruedas). Demostremos que los automóviles con tracción trasera son más potentes que los automóviles con tracción delantera con la misma potencia del motor y estimemos la relación de las potencias que el motor puede desarrollar al acelerar el automóvil en la carretera (siempre que la potencia del motor puede ser muy grande).

La fuerza de fricción que actúa sobre las ruedas motrices acelera el automóvil y no puede exceder el valor de $\mu N$ ($N$ es la fuerza de reacción). Por lo tanto, cuanto mayor sea la fuerza de reacción, mayores pueden ser los valores de la fuerza de fricción de aceleración (y pisar el acelerador en una situación en la que la fuerza de fricción ha alcanzado su máximo solo provocará deslizamiento y derrape, pero no a un aumento de la potencia que desarrolla el motor). Encuentre las fuerzas de reacción de las ruedas traseras y delanteras del automóvil. Las fuerzas que actúan sobre el automóvil durante la aceleración se muestran en las figuras (a la derecha, para tracción trasera, a la izquierda, para tracción delantera). La máquina se ve afectada por: gravedad, fuerzas de reacción y fuerza de fricción. Dado que la máquina avanza, la suma de los momentos de todas las fuerzas con respecto a su centro de gravedad es cero. Por lo tanto, si el centro de gravedad del automóvil está exactamente en el medio del automóvil, la distancia entre las ruedas traseras y delanteras es $l$, y la altura del centro de gravedad sobre la carretera es $h$, la condición que la suma de momentos alrededor del centro de gravedad es igual a cero da (siempre que el automóvil se mueva, desarrollando la máxima potencia con la máxima fuerza de fricción):

coche de tracción delantera

$N_(1) \frac(l)(2) = N_(2) \frac(l)(2) + F_(tr) h = N_(2) \frac(l)(2) + \mu N_( 2) h$, (1)

coche de tracción trasera

$N_(1) \frac(l)(2) = N_(2) \frac(l)(2) + F_(tr) h = N_(2) \frac(l)(2) + \mu N_( 1)h$, (2)

donde $\mu$ es el coeficiente de fricción. Considerando que en ambos casos $N_(1) + N_(2) = mg$, de (1) encontramos la fuerza de reacción para las ruedas delanteras en el caso de un automóvil con tracción delantera

$N_(2)^(pp) = \frac(mgl/2)(l + \mu h)$ (3)

y de (2) la fuerza de reacción ruedas traseras en caso de tracción trasera

$N_(1)^(sn) = \frac(mgl/2)(l - \mu h)$ (4)

(aquí (pp) y (zp) - frente y tracción trasera). De aquí obtenemos la relación de las fuerzas de rozamiento que aceleran el coche de tracción delantera y trasera y, en consecuencia, la relación de las potencias que su motor puede desarrollar en la carretera.

$\frac(P^((np)))(P^(zp)) = \frac(l - mu h)(l + \mu h)$. (5)

Para los valores $l = 3 m, h = 0,5 m$ y $\mu = 0,5$ tenemos de (5)

$\frac(P^((pp)))(P^((sp))) = 0,85$.

Todos los mecánicos desde su juventud recuerdan una imagen con un diagrama de un automóvil que se mueve a lo largo de una curva, cuando sus ruedas exteriores recorren una distancia mayor que las interiores. Con su ayuda, muchos libros de texto para conductores explican el propósito y el principio de funcionamiento del diferencial. A menudo se debe al hecho de que el diferencial permite que las ruedas motrices giren a diferentes velocidades y, por lo tanto, garantiza el movimiento normal del automóvil en las curvas.

Tales explicaciones no son del todo incorrectas, pero están demasiado simplificadas y no revelan la esencia de la operación del diferencial. Por supuesto, en los libros serios todo se expresa correctamente. Dice que el propósito del diferencial del eje cruzado en un automóvil es distribuir el par de forma estrictamente equitativa entre las ruedas motrices de un eje, y el diferencial del eje cruzado, para distribuir el par entre los ejes motrices, por igual o en una proporción óptima ( diferencial asimétrico).

"Un diferencial es un mecanismo en el que las ruedas motrices giran independientemente unas de otras".

Estrictamente hablando, rotan "dependiendo", pero bueno, se dice algo así como la verdad, pero ni una palabra sobre el resto, para no molestar a las personas sin capacitación especial.

Zelenin S.F., Molokov V.A. Libro de texto sobre el dispositivo del automóvil, M., "Rusavtokniga", 2000, 80 p. Circulación 15000 ejemplares.

Cita de este libro:

« Diferencial diseñado para distribuir el par entre los semiejes de las ruedas motrices al girar el automóvil y al conducir por carreteras irregulares. El diferencial permite que las ruedas giren a diferentes velocidades angulares y recorran una trayectoria diferente sin patinar en relación con la superficie de la carretera.

En otras palabras, el 100% del par que llega al diferencial se puede distribuir entre las ruedas motrices como 50 x 50, o en otra proporción (por ejemplo, 60 x 40). Desafortunadamente, la proporción puede ser de 100 x 0. Esto significa que una de las ruedas está parada (en el pozo), mientras que la otra patina en este momento (sobre tierra húmeda, arcilla, nieve).

¡Qué puedes hacer! Nada es absolutamente correcto y perfecto, pero este diseño permite que el automóvil gire sin derrapar y el conductor no tiene que cambiar los neumáticos completamente desgastados todos los días.

Arroz. 38 Engranaje principal con diferencial

1 - semiejes; 2 - engranaje impulsado; 3 - engranaje impulsor; 4 - engranajes de semiejes; 5 - engranajes satelitales

Esto ya no es una simplificación, sino simplemente engañar a los lectores. Aquí, a excepción de la segunda oración y la ilustración, todo es falso (en la primera oración, debe insertar la palabra "igualmente" y poner un punto después de la palabra "ruedas", etc.).

Solo una vez en un libro de texto de formación profesional me encontré con una explicación correcta y al mismo tiempo simple y visual de la esencia del diferencial. Fue hace mucho tiempo y solo recuerdo que era un libro de texto para conductores de cosechadoras de granos.

Allí, se le pidió al lector que imaginara que dos engranajes cónicos semiaxiales estaban "desplegados" en dos cremalleras, estas cremalleras se encuentran sobre una mesa imaginaria y un satélite en forma de engranaje recto se coloca entre ellos. Se ve algo como esto:

La explicación de la esencia del trabajo del diferencial se basa en su diseño y en la tercera ley de Newton, que establece: la fuerza de acción es igual en valor absoluto y de dirección opuesta a la fuerza de reacción. La siguiente figura muestra la fuerza de interacción del satélite con los rieles, cuando la fuerza motriz D se aplica al eje del satélite y este satélite empuja ambos rieles sobre la mesa, y las fuerzas de resistencia al movimiento de izquierda y derecha. los rieles C izquierdo y C derecho son iguales (las fuerzas de fricción de los rieles sobre la superficie de una mesa imaginaria) y cada uno de ellos es igual a la mitad de la fuerza de resistencia total C. Las fuerzas del lado del satélite se transmiten al cremalleras en los puntos de enganche de los dientes del satélite con los dientes de las cremalleras. Debido a la igualdad de las fuerzas de resistencia al movimiento C hacia la izquierda y C hacia la derecha, las fuerzas impulsoras sobre los dientes del satélite son iguales, cada una de las cuales es igual a la mitad de la fuerza impulsora D. Dado que se aplican fuerzas iguales a dos dientes del satélite el satélite, que están a la misma distancia de su eje, el satélite está en equilibrio y no gira. Por lo tanto, las tres partes se mueven en línea recta en una dirección y con velocidades iguales, es decir, con la velocidad a la que se mueve el eje del satélite y que establece el motor.

Esta situación corresponde al movimiento constante del automóvil en una carretera con buen agarre a la carretera.

Ahora imaginemos que durante su movimiento sobre la mesa, el riel izquierdo "pasa por encima" de una mancha de aceite. Al mismo tiempo, la fuerza de resistencia a su movimiento (la fuerza de fricción sobre la mesa) disminuyó y la fuerza de resistencia al movimiento del estante derecho permaneció igual. En algún momento, el equilibrio de fuerzas sobre los dientes del satélite se altera: la carga sobre su diente izquierdo se vuelve menor que la carga que actúa sobre su diente derecho. En otras palabras, se volvió más fácil para el satélite empujar el riel izquierdo que el derecho. Por lo tanto, comienza a girar en el sentido de las agujas del reloj, como se muestra en la siguiente figura.

Debido a la rotación del satélite, el movimiento del carril derecho se ralentiza y el carril izquierdo, por el contrario, se acelera. Luego, el riel derecho se detiene por completo y el satélite continúa girando. Su eje continúa moviéndose a la misma velocidad que antes, ya que esta velocidad la establece el motor. Pero como el raíl derecho está de pie, el satélite rotatorio rueda sobre él. En el momento que se muestra en la figura, el diente derecho del satélite está en su sitio, ya que “descansa” contra el diente de la cremallera fija. Pero el diente izquierdo opuesto del satélite se mueve el doble de rápido que el eje del satélite mismo. Todo esto corresponde a la situación en la que una de las ruedas motrices de un automóvil que se mueve lentamente choca, por ejemplo, con una gran placa de hielo, y la segunda permanece sobre una superficie seca con buen agarre. Es decir, el automóvil se detiene y la rueda sobre el hielo gira el doble de rápido que antes cuando ambas ruedas giraban a la misma velocidad.

Estrictamente hablando, la violación del equilibrio de fuerzas en los dientes del satélite se dijo incorrectamente anteriormente, y solo porque, según me parece, es más fácil entender lo que está sucediendo. De hecho, el equilibrio de fuerzas siempre se conserva, solo que para considerarlo, también se deben tener en cuenta las fuerzas que causan la aceleración de la cremallera izquierda y la desaceleración de la derecha. Estas fuerzas, que no consideramos, desaparecen desde el momento en que el carril derecho se detiene por completo. En el mismo momento, la velocidad duplicada del riel izquierdo se vuelve constante. Y entonces la situación es totalmente consistente con la siguiente figura.

Aquí se restableció el equilibrio de fuerzas, o mejor dicho, desaparecieron las componentes dinámicas de la fuerza (aquellas que provocaban la aceleración de un carril y la desaceleración del otro). El riel derecho está estacionario, el satélite gira y el riel izquierdo se mueve uniformemente al doble de la velocidad. Es muy importante tener en cuenta que el equilibrio de poder se ha movido a un nuevo nivel. Ahora las fuerzas iguales en los dientes izquierdo y derecho del satélite se han vuelto significativamente menores que antes. En virtud de la tercera ley de Newton, estas fuerzas no pueden exceder la fuerza motriz que se puede aplicar a un riel ubicado sobre una mancha de aceite oa una rueda ubicada sobre una mancha de hielo. En otras palabras, si una rueda está en una carretera seca y la rueda opuesta está patinando sobre hielo o barro, esto no significa en absoluto que el 100% del par se transfiere del motor a la rueda que patina, como se establece en el libro mencionado anteriormente. Este momento es siempre y en todas las condiciones dividido por igual por el diferencial entre las ruedas, pero no puede ser más de lo que permite la adherencia de una de las ruedas a la calzada, y es precisamente la rueda con la que esta adherencia es menor.

Solo si, en estas condiciones, el diferencial está bloqueado, es decir, desconectado del trabajo, de una forma u otra conectando rígidamente los semiejes entre sí, puede transferirse la parte abrumadora del par que el motor puede desarrollar al motor. rueda de pie sobre un camino seco. En este caso, el deslizamiento se detendrá, ambas ruedas girarán a la misma velocidad, pero solo una de estas ruedas proporcionará la gran mayoría de la fuerza de tracción total.

Me parece que con la ayuda de un modelo con cremalleras, todos los demás modos de funcionamiento del diferencial entre ruedas se pueden explicar claramente. Por ejemplo, una situación que a veces ocurre durante el frenado del motor. Imagine que un automóvil conduce cuesta abajo en un camino seco con parches de hielo. El conductor frena con el motor. En este caso, la fuerza motriz es la fuerza de inercia de la masa de la máquina. Y la fuerza de resistencia al movimiento es la fuerza aplicada a los ejes de los satélites diferenciales del motor. Una de las ruedas golpea un trozo de hielo. La fuerza de tracción de esta rueda con la carretera se reduce drásticamente y comienza a girar en la dirección opuesta. Aquí ocurre lo mismo que les ocurrirá a las cremalleras si se hace fijo el eje del satélite, pero se deja libre para girar alrededor de este eje, es decir, para simular la situación en la que se frena o sujeta el eje del satélite. por el motor Si una de las cremalleras ahora se mueve hacia adelante, el satélite comenzará a girar y obligará a la segunda cremallera a moverse hacia atrás. Aquí, la cremallera que se mueve hacia adelante corresponde a la rueda sobre un camino seco, y la cremallera que se mueve hacia atrás corresponde a la rueda sobre hielo y gira en la dirección opuesta. En mi opinión, la rotación de la rueda deslizante en sentido contrario demuestra muy claramente el "deseo" del diferencial de cumplir su propósito y equilibrar las fuerzas en las dos ruedas del eje motriz. En este caso, estas son las fuerzas de frenado. Gracias a su alineación, la probabilidad de derrape del coche en este modo de frenado queda excluida o muy reducida.

Puede considerar muchas más situaciones que se presentan durante el funcionamiento del diferencial. Pero creo que lo dicho es suficiente para asegurarnos: - diferencial transversal Siempre divide par recibido del motor igualmente entre dos ruedas de un mismo eje motriz.

Y ahora volvamos a la imagen mencionada al principio con un automóvil moviéndose a lo largo de una curva. Si el automóvil es de tracción trasera, entonces las dos ruedas traseras que reciben el mismo par convierten estos pares en dos fuerzas de tracción iguales (si los neumáticos de las ruedas tienen el mismo diámetro, la misma presión de inflado y llevan las mismas partes del automóvil). peso). Y dos fuerzas de tracción idénticas tienden a empujar el automóvil en línea recta. Por eso, el conductor, al tomar una curva, tiene que agarrarse con firmeza volante. Estrictamente hablando, el diferencial de un automóvil de este tipo no ayuda mucho, ya que interfiere con las curvas. Pero contribuye directamente a la estabilidad del movimiento en línea recta (junto con los ángulos de las ruedas delanteras).

Para un automóvil con tracción delantera, la situación es algo diferente. Aquí, las fuerzas de tracción también son las mismas en las dos ruedas, pero "giran" junto con las ruedas giratorias. Por lo tanto, por ejemplo, es más fácil para un automóvil con tracción delantera salir de un bache profundo y resbaladizo: las ruedas motrices delanteras giradas tiran activamente donde es necesario. Y en una tracción trasera, las ruedas motrices traseras empujan activamente el automóvil a lo largo de la pista.

Esto es solo una pequeña parte de lo que los conductores deben saber sobre el funcionamiento del diferencial y tomó muchas palabras e imágenes. Entonces, tal vez aquellos que se limitan a la imagen notoria con un kilometraje diferente de ruedas diferentes en el turno? Tal vez. Pero creo que debería, si no entrar en largas explicaciones, al menos simplemente escribir para qué está realmente destinado este mecanismo. Y quien quiera llegar al fondo, encontrará dónde leer al respecto. Y no hay absolutamente ninguna necesidad de propagar su propio malentendido de esta esencia.

Cambiar la dirección del movimiento de cualquier cuerpo solo se puede lograr aplicándole fuerzas externas. Al conducir vehículo sobre él actúan muchas fuerzas, mientras que los neumáticos cumplen importantes funciones: cada cambio de dirección o de velocidad del vehículo provoca la aparición de fuerzas actuantes en el neumático.

Un neumático es un vínculo entre un vehículo y la carretera. Es en el punto de contacto del neumático con la carretera donde se resuelve el principal problema de la seguridad del tráfico de vehículos. Todas las fuerzas y momentos que ocurren durante la aceleración y desaceleración del automóvil, al cambiar la dirección de su movimiento, se transmiten a través del autobús.

El neumático percibe la acción de las fuerzas laterales, manteniendo el coche en la trayectoria elegida por el conductor. Por lo tanto, las condiciones físicas de adherencia del neumático a la superficie de la carretera determinan los límites de las cargas dinámicas que actúan sobre el vehículo.

Arroz. 01: Aterrizaje neumático sin cámara en el borde;
1. Borde; 2. Rodando (joroba) en la superficie de apoyo del talón del neumático; 3. Tablero de borde; 4. Carcasa de neumático; 5. capa interior hermética; 6. Correa rompedora; 7. Protector; 8. Flanco del neumático; 9. Talón de neumático; 10. Núcleo del talón; 11. Válvula

Criterios de evaluación decisivos:
-Asegurar un movimiento rectilíneo estable bajo la acción de fuerzas laterales en el coche
-Proporciona curvas estables Proporciona tracción en diversas superficies de carretera Proporciona tracción en diversas condiciones climáticas
- Garantizar un buen manejo del vehículo. condiciones confortables movimiento (amortiguación de vibraciones, asegurando un funcionamiento suave, mínimo ruido de rodadura)
- Fuerza, resistencia al desgaste, alta vida útil
-Precio bajo
- Riesgo mínimo de daño del neumático cuando se desliza

Deslizamiento de neumáticos

El resbalamiento o patinaje del neumático se produce por la diferencia entre la velocidad de conducción teórica debida al giro de la rueda y la velocidad de conducción real proporcionada por las fuerzas de tracción de la rueda con la carretera.

Por medio del ejemplo anterior, esta declaración se puede aclarar: dejar que la circunferencia a lo largo de la superficie exterior de rodadura del neumático coche de pasajeros es de aproximadamente 1,5 m. Si, cuando el automóvil está en movimiento, la rueda gira alrededor del eje de rotación 10 veces, entonces la distancia recorrida por el automóvil debe ser de 15 m. Si la llanta patina, entonces la distancia recorrida por el automóvil se acorta Ley de la inercia Cada cuerpo físico tiende a mantener un estado de reposo oa mantener un estado de movimiento rectilíneo.

Para sacar un cuerpo físico del reposo o desviarlo de un movimiento rectilíneo, se debe aplicar una fuerza externa al cuerpo. Cambiar la velocidad de movimiento, tanto durante la aceleración del automóvil como durante el frenado, requerirá la aplicación adecuada de fuerzas externas. Si el conductor trata de frenar en una curva sobre una superficie helada, el vehículo tenderá a moverse en línea recta sin necesidad aparente de cambiar la velocidad, y la respuesta de la dirección será demasiado lenta.

En una superficie helada, solo se pueden transmitir pequeñas fuerzas de frenado y fuerzas laterales a través de las ruedas de un automóvil, por lo que conducir un automóvil en una carretera resbaladiza no es una tarea fácil. Momentos de fuerzas Durante el movimiento de rotación, los momentos de fuerzas actúan o son influenciados por el cuerpo.

En el modo de conducción, las ruedas giran alrededor de sus ejes, venciendo los momentos de inercia de reposo. El momento de inercia de las ruedas aumenta con el aumento de la velocidad de su rotación y, al mismo tiempo, la velocidad del vehículo. Si el vehículo está en un lado de una carretera resbaladiza (por ejemplo, una superficie de carretera helada) y el otro lado está en una carretera con un coeficiente de adherencia normal (coeficiente de adherencia no uniforme μ), entonces al frenar, el vehículo recibe un movimiento de rotación alrededor de un eje vertical. Este movimiento de rotación se denomina momento de guiñada.

La distribución de fuerzas, junto con el peso del cuerpo (gravedad), varias fuerzas externas actúan sobre el automóvil, cuya magnitud y dirección dependen del modo y la dirección de movimiento del vehículo. Esto se refiere a los siguientes parámetros:

 Fuerzas que actúan en dirección longitudinal (por ejemplo, fuerza de tracción, fuerza de resistencia del aire o fuerza de fricción de rodadura)

 Fuerzas que actúan en dirección transversal (por ejemplo, la fuerza aplicada a las ruedas direccionales de un automóvil, la fuerza centrífuga al tomar una curva, o la fuerza de un viento cruzado o la fuerza que se produce al conducir en una montaña oblicua).

Estas fuerzas se conocen comúnmente como fuerzas de deslizamiento lateral del vehículo. Las fuerzas que actúan en dirección longitudinal o transversal se transmiten a los neumáticos y, a través de ellos, a calzada carretera en dirección vertical u horizontal, provocando la deformación del neumático en dirección longitudinal o transversal.

Arroz. 04: Vista en planta del ángulo de deslizamiento α y la influencia de la fuerza lateral Fs; vn = Velocidad en dirección de deslizamiento vx = Velocidad en dirección longitudinal Fs, Fy = Fuerzas laterales α = Ángulo de deslizamiento

Estas fuerzas se transmiten a la carrocería del coche a través de:
 chasis del automóvil (las llamadas fuerzas del viento)
 controles (fuerza de dirección)
 Unidades de motor y transmisión (fuerza motriz)
 mecanismos de frenado (fuerzas de frenado)
En la dirección opuesta, estas fuerzas actúan desde el lado de la superficie de la carretera sobre los neumáticos y luego se transfieren al vehículo. Esto se debe al hecho de que: cualquier fuerza provoca una reacción

Arroz. 05: Velocidad de rueda vx en dirección longitudinal, fuerza de frenado FB y par de frenado MB; vx = Velocidad de la rueda en dirección longitudinal FN = Fuerza vertical (reacción normal del suelo) FB = Fuerza de frenado
MB = Par de frenado

Para garantizar el movimiento, la fuerza de tracción transmitida a la rueda por el par generado por el motor debe superar todas las fuerzas de resistencia externas (fuerzas longitudinales y transversales) que surgen, por ejemplo, cuando se conduce un automóvil en una carretera con pendiente transversal.

Para evaluar la dinámica de conducción, así como la estabilidad de conducción del vehículo, deben conocerse las fuerzas que actúan entre el neumático y la superficie de la carretera en la llamada zona de contacto entre el neumático y la carretera. Las fuerzas externas que actúan en la zona de contacto entre el neumático y la carretera se transmiten a través de la rueda al vehículo. A medida que aumenta la práctica de conducción, el conductor aprende cada vez mejor a responder a estas fuerzas.

A medida que se adquiere experiencia de conducción, el conductor tiene sensaciones cada vez más claras de las fuerzas que actúan en la zona de contacto del neumático con la carretera. La magnitud y dirección de las fuerzas externas depende de la intensidad de la aceleración y desaceleración del automóvil, bajo la acción de fuerzas laterales del viento, o cuando se conduce por una carretera con pendiente transversal. De particular interés es la experiencia de conducir en carreteras resbaladizas, donde una acción excesiva en los controles puede hacer que las llantas del automóvil se deslicen.

Pero lo más importante es que el conductor aprenda las acciones correctas y dosificadas de los controles que evitan que se produzcan movimientos descontrolados. Las acciones inhábiles del conductor a alta potencia del motor son especialmente peligrosas, ya que las fuerzas que actúan en el parche de contacto pueden exceder el límite de tracción permitido, lo que puede provocar que el automóvil patine o pierda completamente el control y aumente el desgaste de los neumáticos.

Fuerzas en la zona de contacto del neumático con la carretera Sólo las fuerzas estrictamente medidas en la zona de contacto de la rueda con la carretera pueden proporcionar la velocidad y el cambio de dirección correspondientes al deseo del conductor. La fuerza total en la zona de contacto del neumático con la carretera es la suma de las siguientes componentes de sus fuerzas:

Fuerza tangencial dirigida alrededor de la circunferencia del neumático La fuerza tangencial Fµ es generada por la transmisión de par por el mecanismo de accionamiento o por el frenado del vehículo. Actúa longitudinalmente sobre la superficie de la carretera (fuerza longitudinal) y permite al conductor acelerar cuando se pisa el acelerador o reducir la velocidad cuando se pisa el pedal del freno.

Fuerza vertical (reacción normal del suelo) La fuerza vertical entre el neumático y la superficie de la carretera se denomina fuerza radial o reacción normal del suelo FN. La fuerza vertical entre el neumático y la superficie de la carretera está siempre presente, tanto cuando el vehículo está en movimiento como cuando está parado. La fuerza vertical que actúa sobre el suelo está determinada por la parte del peso del vehículo sobre esa rueda, más la fuerza vertical adicional resultante de la redistribución del peso durante la aceleración, el frenado o las curvas.

La fuerza vertical aumenta o disminuye cuando el vehículo se mueve cuesta arriba o cuesta abajo, mientras que el aumento o la disminución de la fuerza vertical depende de la dirección del vehículo. La reacción normal del soporte se determina cuando el vehículo está parado, montado sobre una superficie horizontal.

Las fuerzas adicionales pueden aumentar o disminuir el valor de la fuerza vertical entre la rueda y la superficie de la carretera (reacción normal del suelo). Así, cuando se conduce sin girar, la fuerza adicional reduce la componente vertical de las ruedas interiores al centro del giro y aumenta la componente vertical de las ruedas del lado exterior del vehículo.

El área de contacto entre el neumático y la superficie de la carretera se deforma por la fuerza vertical aplicada a la rueda. Dado que las paredes laterales del neumático están sujetas a una deformación correspondiente, la fuerza vertical no puede distribuirse uniformemente sobre toda el área del parche de contacto, sino que se produce una distribución trapezoidal de la presión del neumático sobre la superficie de apoyo. Los flancos del neumático reciben fuerzas externas y el neumático se deforma dependiendo de la magnitud y dirección de la carga externa.

Fuerza lateral

Las fuerzas laterales actúan sobre la rueda, por ejemplo, bajo la acción de un viento cruzado o cuando un automóvil gira en una esquina. Las ruedas direccionales de un vehículo en movimiento, cuando se desvían de una posición recta, también están sujetas a una fuerza lateral. Las fuerzas laterales provocan una medición de la dirección de desplazamiento del vehículo.

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325. ¿Por qué es peligroso conducir un automóvil después de la lluvia? camino de tierra por la pendiente?

Arroz. 79

326. ¿Por qué algunos artesanos lubrican el tornillo con jabón y lo atornillan en las piezas a sujetar?
327. ¿Por qué están abundantemente lubricadas las gradas por las que se baja el barco?
328. ¿Por qué se hace una muesca cerca de la cabeza de un clavo?
329. Nombre una o dos partes de una bicicleta, hechas con el aumento de la fricción por deslizamiento.
330. ¿Qué tipo de fricción se produce durante el movimiento del lápiz en los casos indicados en la figura 78? ¿Hacia dónde se dirige la fuerza de fricción en relación con el lápiz en el caso a, en el caso b, en relación con el libro?
331. El carro con la carga se mueve (Fig. 79). Qué tipo de IIA surge entre: a) una mesa y ruedas; b) carga kkoy; c) los ejes de las ruedas y la caja del bogie?
332. ¿Por qué los ladrillos no ruedan hacia abajo (fig. 80 y 81)? la fuerza los mantiene en reposo? Representar actuando sobre los ladrillos.
333. La barra se mueve hacia la derecha (Fig. 82). Donde se dirige el rozamiento por deslizamiento con relación a la barra; en relación con la superficie sobre la que se mueve el bloque?
334. La escalera cerca de la pared ocupa una posición, representada en la Figura 83. Indique la dirección de la fuerza de fricción en el punto de contacto de la escalera con la pared y el piso.

Arroz. 80

Arroz. 81

Arroz. 82

Arroz. 83

Arroz. 84

Arroz. 85

Arroz. 86

335. La barra se mueve uniformemente (Fig. 84). Hacia donde se dirige: a) la fuerza elástica de la parte horizontal del hilo; b) verticales; c) fuerza de rozamiento por deslizamiento con respecto a la superficie de la mesa, con respecto a la barra; d) ¿cuál es la resultante de estas fuerzas?
336. La rueda del automóvil patina (Fig. 85). ¿Dónde está dirigida la fuerza de fricción por deslizamiento entre la rueda que patina y la carretera con respecto a: a) la rueda; b) caminos? ¿Hacia dónde se dirige la fuerza elástica del camino?
337. El libro se presiona contra una superficie vertical (Fig. 86). Dibujar gráficamente las direcciones de las fuerzas de gravedad y fricción estática que actúan sobre el libro.
338. El carro se mueve uniformemente hacia la derecha (ver Fig. 79). ¿Qué] fuerza pone en movimiento la carga colocada sobre él? ¿Hacia dónde se dirige esta fuerza?
339. Una caja con una carga se mueve uniformemente sobre el transportador (sin resbalar). ¿Dónde está la fuerza de fricción estática dirigida entre la cinta transportadora y la caja cuando la caja: a) sube; b) se mueve horizontalmente; c) bajando?

Arroz. 87

340. Si el autobús se mueve uniformemente a lo largo de la sección horizontal del camino, ¿a qué es igual la fuerza de fricción estática?
341. Un paracaidista, cuya masa es de 70 kg, desciende uniformemente. ¿Cuál es la fuerza de resistencia del aire que actúa sobre el paracaidista?
342. Con la ayuda de un dinamómetro, g'juice se mueve uniformemente (ver Fig. 82). ¿Cuál es la fuerza de fricción por deslizamiento entre la barra y la superficie de la mesa? (El precio de división del dinamómetro es de 1 N.)
343. Los dientes de la sierra se crían en diferentes direcciones desde el plano de la sierra. La figura 87 muestra los cortes realizados con sierras montadas y sin montar. ¿Qué sierra es más difícil de cortar: fijada o no fijada? ¿Por qué?
344. Dé ejemplos de cuándo la fricción es beneficiosa y cuándo es dañina.

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333. La barra se mueve hacia la derecha (Fig. 82). ¿Hacia dónde se dirige la fuerza de fricción por deslizamiento?
334. La escalera contra la pared ocupa la posición que se muestra en la figura 83. Indique la dirección de la fuerza de fricción en los puntos de contacto de la escalera con la pared y el piso.
335. La barra se mueve uniformemente (Fig. 84). ¿Cuál es la dirección de la fuerza elástica del hilo y la fuerza de fricción por deslizamiento que ocurre cuando la barra se mueve a lo largo de la superficie de la mesa? ¿Cuál es la resultante de estas fuerzas?
336. La rueda del automóvil patina (Fig. 85). ¿Hacia dónde se dirige la fuerza de fricción por deslizamiento entre la rueda que patina y la carretera? fuerza de fricción estática (elasticidad del camino)?
Arroz. 86
Arroz. 87
837. El libro se presiona contra una superficie vertical (Fig. 86). Dibujar gráficamente las direcciones de las fuerzas de gravedad y fricción estática que actúan sobre el libro.
338. El carro se mueve uniformemente (ver Fig. 79). ¿Qué fuerza impulsa la carga sobre el carro? ¿Hacia dónde se dirige?
339. Una caja con una carga se mueve sobre el transportador (sin deslizarse). ¿Hacia dónde se dirige la fuerza de fricción estática entre la cinta transportadora y la caja?
340. Si el autobús se mueve uniformemente a lo largo de una trayectoria horizontal, ¿cuál es la fuerza de fricción estática?
341. Un paracaidista, cuya masa es de 70 kg, se mueve uniformemente. ¿Cuál es la fuerza de resistencia del aire que actúa sobre el paracaídas?
342. Usando un dinamómetro, mueva uniformemente la barra (ver Fig. 82). ¿Cuál es la fuerza de fricción por deslizamiento entre la barra y la superficie de la mesa? (El precio de división del dinamómetro es de 1 N.)
343. Los dientes de la sierra se crían en diferentes direcciones desde el plano de la sierra. La figura 87 muestra los cortes realizados con sierras montadas y sin montar. ¿Qué sierra es más difícil de cortar: fijada o no fijada? ¿Por qué?
344. Dé ejemplos cuando la fricción es útil y cuando es dañina.
17. PRESIÓN1
345. Dos cuerpos de igual peso se colocan sobre la mesa como se muestra en la Figura 88 (izquierda). ¿Ejercen la misma presión sobre la mesa? Si se colocan estos cuerpos sobre la balanza, ¿se perturbará el equilibrio de la balanza?
346. ¿Ejercemos la misma presión sobre un lápiz, afilándolo con un cuchillo romo y afilado, si la fuerza aplicada por nosotros es la misma?
1 Al calcular, tome g=10 N/kg.
37
347. Moviendo la misma carga (Fig. 89), los muchachos en el primer caso aplican más fuerza que en el segundo. ¿Por qué? ¿En qué caso es mayor la presión de la carga sobre el piso? ¿Por qué?
348. ¿Por qué el borde superior de la pala, que se presiona con el pie, está curvado?
349. ¿Por qué las partes cortantes de una segadora, cortadora de paja y otras máquinas agrícolas deben ser afiladas?
350. ¿Por qué se hace un piso de maleza, troncos o tablas para transitar por lugares pantanosos?
351. Cuando las barras de madera se sujetan con un perno, se colocan anillos planos anchos de metal: arandelas debajo de la tuerca y la cabeza del perno (Fig. 90). ¿Por qué lo hacen?
352. ¿Por qué, cuando se sacan clavos de una tabla, se pone una tira o tabla de hierro debajo de las tenazas?
353. Explique el propósito del dedal, usado en el dedo al coser con una aguja.
354. En algunos casos, intentan reducir la presión y, en otros, aumentarla. Dé ejemplos en los que en la tecnología o en la vida cotidiana reduzcan y aumenten la presión.
355. La figura 91 muestra un ladrillo en tres posiciones. ¿En qué posición del ladrillo la presión sobre el tablero será menor? mayor?
Arroz. 89
Arroz. 91
Arroz. 90
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3
Arroz. 92
Arroz. 93
356. ¿Los ladrillos dispuestos como se muestra en la figura 92 ejercen la misma presión sobre la mesa?
357. Se colocan dos ladrillos uno encima del otro como se muestra en la figura 93. ¿Las fuerzas que actúan sobre el soporte y la presión son las mismas en ambos casos?
358. Las rosetas se presionan a partir de una masa especial (barca-lítica), actuando sobre ella con una fuerza de 37,5 kN. El área de salida es de 0,0075 m2. ¿A qué presión está el enchufe?
359. El área del fondo de la cacerola es 1300 cm2. Calcula cuánto aumentará la presión de la olla sobre la mesa si le viertes 3,9 litros de agua.
360. ¿Qué presión ejerce sobre el suelo un niño cuya masa es de 48 kg y el área de las suelas de sus zapatos es de 320 cm2?
361. Un atleta, cuyo peso es de 78 kg, está sobre esquís. La longitud de cada esquí es de 1,95 m, el ancho es de 8 cm ¿Cuánta presión ejerce el atleta sobre la nieve?
362. Un torno que pesa 300 kg descansa sobre una base de cuatro patas. Determine la presión de la máquina sobre la base si el área de cada pata es de 50 cm2.
363. El hielo puede soportar una presión de 90 kPa. ¿Puede un tractor que pesa 5,4 toneladas cruzar este hielo si está sostenido por orugas con un área total de 1,5 m2?
364. Un remolque de dos ejes con carga tiene una masa de 2,5 toneladas, determina la presión que ejerce el remolque sobre la carretera si el área de contacto de cada rueda con la carretera es de 125 cm2.
365. Se colocó un cañón de artillería que pesaba 5,5 toneladas en una plataforma ferroviaria de dos ejes.
366. Calcula la presión que produce sobre los raíles un vagón cargado de cuatro ejes de 32 toneladas, si el área de contacto entre la rueda y el raíl es de 4 cm2.
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Arroz. 95
Arroz. 96
367. ¿Qué presión ejerce sobre el suelo una columna de granito, cuyo volumen es de 6 m3, si su área de base es de 1,5 m*?
368. ¿Puedes ejercer una presión de 105 kPa con un clavo? Calcule qué fuerza se debe aplicar a la cabeza del clavo si el área de la punta del clavo es de 0,1 mm2.