Почему трение равно нулю, если проскальзывание колес равно нулю? [дубликат]

На большинстве графиков видно, что когда шина не скользит, трение равно нулю, например, см. изображение ниже.

Почему нет трения, когда нет скольжения? Поскольку автомобиль стоит неподвижно на склоне, скольжения нет, но все же существует трение, удерживающее автомобиль от силы тяжести.

пробуксовка колес

Если вы ищете проскальзывание шин, каждый график похож на этот, то есть очень низкое трение при низком коэффициенте скольжения.
@JohnRennie Работа, выполняемая силой трения о дорогу, должна быть даже отличной от нуля, иначе автомобиль будет терять кинетическую энергию на трение в воздухе.
Путаница возникает из-за того, как определяется процент скольжения. Это отношение, и когда автомобиль припаркован, числитель и знаменатель равны нулю, а процент скольжения не определен.
Не могли бы вы дать ссылку на ваш источник?
@WhatRoughBeast Если бы это было для меня, у меня не было конкретного источника в то время (просто изучал динамику шин и транспортных средств около 8 лет), но вот хороший, с похожими графиками и хорошими определениями: www- cdr.stanford .edu/dynamic/WheelSlip/SlmillerGerdesACC.pdf
@Rick - Поскольку вы не можете предоставить источник, я предполагаю, что вы сами создали кривую и неправильно указали вертикальную ось. Пожалуйста, обратите внимание на ссылку, которую вы мне прислали. Вертикальная ось — это сила, а не трение, а кривые «мокрый/сухой» представляют поведение при двух разных значениях трения (дороги становятся скользкими, когда они мокрые). Таким образом, ваш вопрос (на основе рисунка) должен звучать так: «Почему нет проскальзывания, когда нет силы?», И это очень просто. Попробуйте поискать в Google «кривую силы скольжения» и сравните результаты с «кривой скольжения трения».
@WhatRoughBeast Извините, я думаю, что ваш исходный вопрос предназначался для OP, но я ответил, не зная, кого вы спрашивали. Я предположил, что " Ф р я с т я о н [ мю ] ось представляла собой общую силу трения, разделенную на нормальную нагрузку, что делает ее пропорциональной силе трения, поэтому различие в основном не имеет значения. Я только что погуглил оба, но они в основном выдавали одинаковые результаты и графики, которые были уникальными для каждого поиск по-прежнему выглядел почти одинаково Какие различия должен был заметить ОП или я?
@WhatRoughBeast Кроме того, в ОП особо упоминается сценарий автомобиля, припаркованного на холме, где сила не равна нулю, но абсолютное скольжение равно нулю. Этот вопрос по-прежнему сбивает с толку, независимо от того, является ли это «кривой трения скольжения» или «кривой силы скольжения». Вопрос решается только тогда, когда вы понимаете, что это «кривая отношения трения/силы к коэффициенту скольжения».
@Rick - Извините, я хотел ответить на ОП. Мои извинения. Когда вы понимаете, что каждая кривая представляет поведение при различном трении, его вопрос становится очевидным: в припаркованном состоянии нет движения колеса и, следовательно, нет проскальзывания (до тех пор, пока уклон не станет достаточно крутым, чтобы автомобиль не упал с холма).
@WhatRoughBeast, что ты имеешь в виду под моим «другим трением»?
@Rick - Извините, условие разного коэффициента трения. Верхняя кривая — «Сухая» — указывает на сухую поверхность раздела между дорогой и шиной. Нижняя кривая — «влажная» и указывает на влажное состояние. Эффективное трение шин во влажных условиях ниже, чем в сухих. Вот почему сухая кривая требует большей силы (по вертикальной оси) для заданного угла скольжения, чем мокрая кривая. Опять же, пожалуйста, найдите источник ваших кривых. Вертикальная ось - это сила, а не трение. Различия в трении подразумеваются в метках сухой/влажной двух кривых.
@rick - этот вопрос является оригинальным - дубликат - это тот, который вы связали! это было задано после того, как был задан этот вопрос ....
@tom Я знаю, что этот вопрос был задан первым, но я думал, что другой вопрос был задан более четко, и на него ответили более четко. Таким образом, я подумал, что было бы гораздо полезнее пометить этот вопрос как дубликат, чтобы направить людей к лучшему вопросу/ответу. Я считаю, что это общепринятая практика: meta.stackexchange.com/a/10844/298895 .
@rick спасибо за объяснение .... не понимал этикета об этом ...

Ответы (3)

Для (идеального) идеально круглого колеса на идеально гладкой дороге существует только одна точка контакта между колесом и дорогой в любой момент времени. Если бы вы изобразили движение одной точки на поверхности колеса, когда оно вращается, а затем касается земли, вы бы увидели, что оно следует кривой, называемой циклоидой . Изображение в этой статье в Википедии объясняет это лучше, чем я мог бы. (*) Как вы можете видеть на изображении, точка на поверхности колеса на самом деле меняет направление, когда оно касается дороги, поэтому в этот момент времени его мгновенная скорость равен нулю. Поскольку он неподвижен относительно дороги, кинетического трения нет .

Тем не менее, статическое трение все еще может быть , например, если вы ведете машину по кривой. В этом случае именно статическое трение на колесе предотвращает скольжение и заставляет вас следовать по кривой траектории. (Или статическое трение плюс вклад силы тяжести, если кривая наклонена.)

Существует также статическое трение между колесами и дорогой, которое в первую очередь заставляет автомобиль ускоряться. (Я предполагаю, что он начинается из состояния покоя.) Если бы трение между колесами и землей было равно нулю, колеса вращались бы на месте, но машина никуда не поехала бы.

(*) Рисунок делает это очень ясным, но если вы предпочитаете словесное объяснение: колесо в целом движется вперед (относительно дороги), но когда точка на поверхности колеса находится в нижней части его вращения, это движение назад относительно центра колеса. В результате точка на поверхности колеса остается неподвижной (относительно дороги), когда оно находится в нижней точке вращения.

На самом деле, вся площадь контакта реальной шины с дорогой имеет нулевую скорость :-)
Я до сих пор не могу понять. Разве нескользящая шина не может сдвинуть автомобиль с места против внешней силы, например, ветра?
Извините, я не понимаю комментарий. «Без проскальзывания» для шины означает «нормальное вращение», когда точка на поверхности шины следует циклоиде. В этом случае у вас все еще может быть статическое трение, и это необходимо для предотвращения скольжения при ускорении (например, при повороте, ускорении, замедлении и т. д.). Я полагаю, что это также будет противостоять ветру.
Спасибо, понял, но все равно не понятно. Пожалуйста, рассмотрите этот пример, зубчатая шестерня катится над рейкой без проскальзывания, но она все еще может создавать силу «кинетического трения» (аналогично ускорению). Колесо немного другое, но может ли шероховатость поверхности обеспечить ускорение без проскальзывания, как рейка и шестерня?
Хм, я не думаю, что зубчатая рейка также требует кинетического трения. Кинетическое трение возникает, когда одна поверхность скользит по другой. Глядя, например, на анимацию в этой статье, я не вижу ничего, что можно было бы назвать скользящим: en.wikipedia.org/wiki/Rack_and_pinion
@CarlWitthoft Если шина не оказывает тягового усилия, заплата шины всегда делится на области отсутствия проскальзывания и проскальзывания, поэтому не вся площадь контакта имеет нулевую скорость.
@TimGoodman в системе реечной передачи точка контакта не всегда находится непосредственно на линии между центрами вращения, и поэтому поверхности должны скользить друг относительно друга. Движение чрезвычайно мало, однако это кинетическое трение является причиной потери мощности в шестернях и почему шестерни нуждаются в смазке.
Похоже, что в этом ответе утверждается, что скольжение и% скольжения всегда равны нулю для шин. Если нет, то как скольжение влияет на силу трения?
@ Рик, я понял, что вопрос задается о случае, когда нет проскальзывания. «Почему нет трения, когда нет скольжения?» В этом случае (для идеализированного колеса, т. е. круга, катящегося по плоскости) не может быть кинетического трения из-за контакта колеса с дорогой. Как я заметил, все еще может быть статическое трение. Также может быть кинетическое трение на оси, но не в точке контакта колеса с дорогой (для идеализированных шин). Если есть проскальзывание, то будет кинетическое трение.
@TimGoodman Итак, вы интерпретировали вертикальную ось графика вопроса как компонент кинетического трения, который не включает компонент статического трения?
@ Рик Да, иначе я не понимаю смысла сюжета. Это, конечно, не тот случай, когда статический коэффициент трения равен нулю при нулевом проскальзывании. Как отмечает вопрошающий, у вас может быть статическое трение, даже если вы стоите совершенно неподвижно на склоне.
@TimGoodman график представляет собой общую силу трения по оси Y, но ось X - это скольжение%, а не просто скольжение, поэтому, когда автомобиль приближается к стоянке, скольжение% приближается к 0/0. 0/0 может принимать любое значение в зависимости от контекста. Я думаю, что более уместно перевернуть ось, так как это действительно определенная сила, которая вызовет определенное скольжение%, но тогда график перестает быть «функцией», поэтому большинство людей предпочитают, чтобы он был таким, какой он есть. Если бы он был ориентирован в этом направлении, мы бы увидели, что автомобиль, припаркованный на холме, имел бы ненулевое скольжение%, что совершенно точно, хотя и неинтуитивно.
@Rick Сила трения, описанная в этом PDF (заданном уравнением 2), представляет собой кинетическое трение, которое достигает нуля, когда вращение колеса не отстает от его движения (т. Е. Когда числитель в уравнении 1 и, следовательно, проскальзывание , равен нулю). Но ОП спросил о случае с автомобилем, «стоящим на склоне». В этом случае возникает статическое трение. PDF и сюжет никоим образом не ошибочны, они просто описывают движущееся транспортное средство, а не неподвижное.
@Rick На самом деле, даже в случае движущегося автомобиля по ровной поверхности, если нет проскальзывания, между колесом и дорогой возникает статическое трение (поскольку точка контакта имеет нулевую мгновенную скорость в горизонтальном направлении). Именно это трение преобразует вращение колес в поступательное движение. Если бы не было трения покоя, то не было бы движения вперед без проскальзывания. Но ОП спросил об автомобиле на склоне, где есть статическое трение даже в состоянии покоя, чтобы противостоять силе тяжести.
Пока я педантично поправляю себя, я должен сказать, что вы могли бы иметь движение вперед даже в случае нулевого трения, если бы вы вышли и толкнули. :) Но если ваш двигатель просто крутит колеса, то только из-за трения между колесами и землей это превращается в движение вперед. А если проскальзывания нет, то это статическое трение.
@TimGoodman, единственный способ добиться нулевого проскальзывания%* - это иметь нулевое трение. Вот и вся предпосылка этого вопроса. Если вы хотите узнать больше о том, почему это так, здесь достаточно хорошо дан ответ . Если вы хотите посмотреть на упрощенный способ моделирования этого поведения, я объясню некоторые математические операции здесь.
* Обычно нулевое скольжение означает нулевое % скольжения, но когда транспортное средство не движется, % скольжения может принимать любое значение. вот почему пример с припаркованным автомобилем нельзя использовать для опровержения утверждения (что верно) о том, что нулевой процент проскальзывания требует нулевой силы трения. Причина, по которой чистое статическое трение не может возникнуть во время движения шины, объясняется в этих двух ссылках.
@ Рик, спасибо за ссылки, но я не уверен, в чем ты со мной не согласен. Я согласен с ответом, на который вы ссылаетесь, в котором говорится, что вы проскальзываете при небольших усилиях, потому что шина эластична, а также что, если колесо не скользит по поверхности, автомобиль ускоряется за счет статического трения.
Я пытался прояснить, что упрощаю, игнорируя эластичность колеса, что, я согласен, является слишком большим упрощением для объяснения графика ОП, но не слишком большим, чтобы объяснить роль статического трения, что и делает ОП. казалось, отсутствовал. Вы не согласны с тем, что движущееся колесо может испытывать статическое трение (потому что тангенциальная скорость колеса в точке контакта с дорогой равна нулю)?
@ Рик На самом деле, перечитав, может быть, я понимаю, о чем ты говоришь. Идеализированное, идеально эластичное колесо будет двигаться за счет статического трения при нулевом проскальзывании, в то время как реальное эластичное колесо также будет двигаться за счет статического трения (с достаточно низкими скоростями, чтобы оно не скользило), но не будет скользить. нулевое скольжение на любой скорости. Таким образом, для физических колес график имеет смысл читать как полную силу трения, а не только кинетическое трение. Мое возражение о том, что S (уравнение 1 в вашем PDF-файле) может быть равно нулю, а вы все еще движетесь, не будет применяться, если вы считаете, что колесо эластично. Я покупаю это.
@Rick Итак, хотя то, что я сказал, было верно для совершенно жесткого колеса (и я действительно думаю, что ОП, возможно, был сбит с толку статическим трением, поскольку они упоминают стоящую на месте машину), график описывает эластичную шину мира колес. Спасибо за ваше терпеливое разъяснение по этому вопросу.
@TimGoodman Рад, что помог уточнить. Я нашел ваши комментарии восхитительно пищу для размышлений.
Не могу не указать на забавную опечатку в моем последнем комментарии. Я имел в виду «реальную эластичную шину», а не «резиновую шину мира колес».

Slip% определяется SAE как С "=" ю р − В В Где ю это вращение колеса в радианах за время, р - эффективный радиус шины, а В дорожная скорость автомобиля. Например, если мое колесо имеет радиус 1 фут и моя мгновенная скорость вращения составляет 50 радиан в секунду, то моя ожидаемая скорость будет 50 футов в секунду. Если бы в то время я тормозил, моя фактическая скорость движения по дороге могла бы быть 51 фут в секунду. В этом случае мой процент проскальзывания будет 2%.

Таким образом, для автомобиля, колеса которого не вращаются, нижняя часть дроби равна нулю, а процент скольжения не определен. В случае припаркованного автомобиля это означает, что любая точка на графике действительна для того, какое трение может поддерживать шина (при условии, что вы придерживаетесь мокрого и сухого состояния), включая точку, которая создает равновесие припаркованного автомобиля.

+1 Рик, спасибо за обсуждение моего ответа выше. Для тех, кто не хочет читать все подряд, ключевым моментом является то, что для шин с эластичностью (любых реальных шин) существует сжатие, и поэтому V всегда немного меньше, чем R omega. Смотрите здесь

Трение возникает из-за тенденции или реального движения между двумя поверхностями. когда нет проскальзывания, даже если поверхность не гладкая, сила трения исчезает, потому что нет относительного движения в точке контакта колеса с дорогой. Однако эта ситуация идеальна. если одна из поверхностей может деформироваться, то нормальная сила от дороги к колесу не является вертикальной, что приводит к небольшой горизонтальной составляющей, которая в конце концов замедлит колесо, хотя и не за счет трения.

Нормальная сила от горизонтальной поверхности по определению вертикальна. Суммарная сила (нормальная + тангенциальная/тяговая) от дороги на шину не будет вертикальной.
Как горизонтальная составляющая не будет трением? Что еще было бы?
Почему трение равно нулю, если проскальзывание колес равно нулю? [дубликат]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v