Secundaria ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

[DavidRodr11]

Cuando un coche toma una curva, ¿por qué la fuerza de rozamiento actúa como fuerza centrípeta?
Si la fuerza de rozamiento va en contra del movimiento, ¿por qué en este caso actúa perpendicular a éste?¿qué es lo que hace que que apunte hacia el centro del giro?

[Richard R Richard]

Re: ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

Cuando un coche toma una curva, ¿por qué la fuerza de rozamiento actúa como fuerza centrípeta?

cuando asumes que la centrípeta es igual al rozamiento, lo que estas suponiendo es que la trayectoria del auto es circular, la aceleración radial es igual a la centrípeta y la velocidad tangencial es constante.

Si la fuerza de rozamiento va en contra del movimiento, ¿por qué en este caso actúa perpendicular a éste?¿qué es lo que hace que que apunte hacia el centro del giro?

Claro si no hubiese rozamiento el auto no puede doblar, sigue en línea recta , entonces el rozamiento debe apuntar hacia el centro de giro, como estas describiendo una circunferencia entonces la dirección radial es en todo momento perpendicular a la velocidad tangencial.

[arivasm]

Re: ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

Si la fuerza de rozamiento va en contra del movimiento, ¿por qué en este caso actúa perpendicular a éste?¿qué es lo que hace que que apunte hacia el centro del giro?

Ten en cuenta que se trata de una fuerza de rozamiento estática: no hay movimiento en el sentido transversal a la trayectoria. Por otra parte, las fuerzas de rozamiento estáticas se oponen no al movimiento real del cuerpo, sino al movimiento que habría si dicho rozamiento no existiese. Piensa en lo que sucede cuando empujas una mesa, parada, con poca fuerza: el rozamiento no se opone a ningún movimiento real de la mesa, porque no lo hay, sino al que habría si no existiese ese rozamiento.

En el caso de un vehículo dando una curva no peraltada de una carretera horizontal es inmediato comprobar que, como dice Richard, si no existiese ese rozamiento (piensa en la misma curva con hielo o aceite) el vehículo seguiría en línea recta, de manera que el movimiento relativo respecto de la curva consistiría en apartarse del centro de la misma. Así pues, el rozamiento (la parte radial del mismo) se opone a ello: apunta hacia el centro de curvatura.

Por supuesto, al igual que en el caso de la mesa, en el que existe un valor máximo para la fuerza de rozamiento estática, también aquí existe dicho máximo, por lo que si éste es pequeño (hielo o aceite) o $v^2/R$ es demasiado grande como para que no esa posible que el rozamiento ejerza la fuerza correspondiente el vehículo no podrá dar la curva (salvo que disponga de otras fuerzas que lo impulsen hacia el interior de la misma -algo así como un coche con un cohete lateral o, siendo menos fantasiosos, que haya un cable que lo una al centro-)

[DavidRodr11]

Re: ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

Vale, me refería más bien a la fuerza que se ejerce en las ruedas, pero creo que lo he entendido. Cuando el coche empieza girar las ruedas de atrás ejercen fuerza hacia delante mientras las de delante, que han girado ejercen una fuerza hacia la dirección del giro. Y esa segunda fuerza se descompone en una fuerza hacia la dirección de la velocidad que llevaba el coche(la misma dirección que la de la fuerza de las ruedas de atrás; y en la dirección perpendicular a la velocidad(y esa fuerza es la centrípeta))
Espero que se haya entendido lo que he querido decir.

[surrealfrog]

Re: ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

Y si tenemos un auto moviéndose en una trayectoria circular plana con MCUV, cómo podríamos calcular la fuerza de rozamiento?

[Richard R Richard]

Re: ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

Si el auto circula a velocidad constante v en una trayectoria circular, la fuerza de rozamiento es igual a la fuerza centrípeta...

$F_r=F_c=m\dfrac{v^2}{R}$

y es valida mientras que $F_r\leqslant \mu_e mg$

que es la máxima fuerza de rozamiento estática aplicable al vehículo,

pasado ese valor el vehículo desliza aumentando el radio de curvatura, ya el coeficiente de rozamiento dinámico es menor que el estático, hay varios hilos donde se ha hablado de ello.

[skynet]

Re: ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

Cuando un coche toma una curva, ¿por qué la fuerza de rozamiento actúa como fuerza centrípeta?
Si la fuerza de rozamiento va en contra del movimiento, ¿por qué en este caso actúa perpendicular a éste?¿qué es lo que hace que que apunte hacia el centro del giro?

la fuerza de rozamiento no se opone al movimiento, se opone al deslizamiento entre dos superficies en contacto, en el caso de una rueda, ésta no produce deslizamiento cuando el coche se desplaza en la dirección de la rueda porque cuando esto sucede, la rueda gira y no hay deslizamiento ..... pero la rueda no puede girar en la dirección transversal, si el coche se moviera en la dirección transversal a la rueda, se produciría deslizamiento entre la superficie de la rueda y el asfalto, la fuerza de rozamiento se opone a este deslizamiento y evita que el coche se desplace en la dirección transversal a la rueda .... en resumen, la rueda está diseñada para producir fuerzas de rozamiento solo en la dirección transversal mientras que en la dirección longitudinal la fuerza de rozamiento es cero (mientras que no aceleres o frenes) .... cuando giramos la rueda para coger una curva estamos poniendo la rueda ligeramente transversal al movimiento que lleva el coche, por eso aparece la fuerza de rozamiento necesaria para corregir ese movimiento, esa fuerza es la fuerza centrípeta.

[DavidRodr11]

Re: ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

Entonces en una carretera recta si el coche va a velocidad constante no hay ninguna fuerza que le haga frenar(salvo el rozamiento del aire) por lo que el motor no necesita ejercer fuerza sobre las ruedas. Pero entonces ¿por qué si el coche está acelerando o frenando si que hay fuerza de rozamiento?

Y durante una curva ¿no es válido lo que dije antes?:

Cuando el coche empieza girar las ruedas de atrás ejercen fuerza hacia delante mientras las de delante, que han girado ejercen una fuerza hacia la dirección del giro. Y esa segunda fuerza se descompone en una fuerza hacia la dirección de la velocidad que llevaba el coche(la misma dirección que la de la fuerza de las ruedas de atrás; y en la dirección perpendicular a la velocidad(y esa fuerza es la centrípeta))

Siendo la fuerza de direccion perpendicular a la velocidad la fuerza de rozamiento a la vez que la fuerza centripeta

[Richard R Richard]

Re: ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

Entonces en una carretera recta si el coche va a velocidad constante no hay ninguna fuerza que le haga frenar(salvo el rozamiento del aire) por lo que el motor no necesita ejercer fuerza sobre las ruedas.

Hay otros rozamientos, que tambien van transformando la energía cinetica del auto en calor, y deteniendo su marcha, ejemplo, el calentamiento de los neumáticos al deformarse, cada vez que tocan el suelo, ya que la rodadura no es perfectamente circular en un neumático real, los engranajes tiene rozamiento los rodamientos tambien, etc...

Pero entonces ¿por qué si el coche está acelerando o frenando si que hay fuerza de rozamiento?

Claro lo que hace que el vehículo avance es la reacción del suelo sobre el neumático, si el neumático desliza el auto no avanza, entonces para acelerar o frenar, debe el vehículo hacer fuerza sobre el piso, y según la dirección de la reacción el auto o bien acelera, frena o hace exactamente la fuerza necesaria para vencer todos los rozamientos, entonces mantiene su velocidad constante.

Y durante una curva ¿no es válido lo que dije antes?:

Durante una curva, el neumático es forzado a no seguir la trayectoria recta, aportando además una fuerza con componente transversal a la velocidad instantánea del neumático, la fuerza de rozamiento total debe ser menor que el limite máximo dado por el coeficiente de rozamiento y la normal aportada por ese neumático, para que no derrape.

Siendo la fuerza de dirección perpendicular a la velocidad la fuerza de rozamiento a la vez que la fuerza centrípeta

No entiendo bien que quieres decir, si despreciamos todos los rozamiento internos del vehículo, y los de rodadura, para que solo el rozamiento obedezca al cambio de dirección , entonces, para mantener un MCU la fuerza de rozamiento estática es igual a la centrípeta para ese radio de giro.

[skynet]

Re: ¿Por qué en un MCU la fuerza de rozamiento es igual a la centrípeta?

Entonces en una carretera recta si el coche va a velocidad constante no hay ninguna fuerza que le haga frenar(salvo el rozamiento del aire) por lo que el motor no necesita ejercer fuerza sobre las ruedas.

correcto, (si no consideramos la resistencia del aire, etc..) por la primera ley de Newton, si un cuerpo va a una velocidad constante, mantendrá esta velocidad si no hay fuerzas externas que actúen sobre él (o si su resultante es igual a cero).

¿por qué si el coche está acelerando o frenando si que hay fuerza de rozamiento?

por la segunda ley de Newton, para que al coche acelere (o frene) tienen que actuar fuerzas externas, en el caso del coche son las fuerzas de rozamiento estático entre la rueda y el asfalto .... cuando aceleras, el motor acciona el eje de la rueda para aumentar su velocidad, pero para ello, si el coche no aumenta su velocidad la rueda patinaría (produciendose deslizamiento), para evitar ese deslizamiento aparecen las fuerzas de rozamiento estático que son las que aceleran al coche.

ten en cuenta que las fuerzas de rozamieto estático sólo aparecen cuando hay la posibilidad de deslizamiento entre superficies, es como si tienes un cuerpo muy pesado sobre una superficie, solo se producen fuerzas de rozamiento estático cuando lo empujas para moverlo .... supon que no tienes fuerza suficiente como para moverlo, cuando tú empujes se producirá una fuerza de rozamiento estático exactamente igual y opuesta a la que tú estás ejerciendo, aunque no se mueva, y cuando dejes de empujar, la fuerza de rozamiento desparecerá .... lo mismo pasa con la rueda, solo aparecen estas fuerzas cuando el motor intenta aumentar su velocidad de giro (o los frenos disminuirla).