Erforderliche Zugkraft, um ein stehendes Fahrzeug in Bewegung zu setzen

Hintergrund

Es gibt viele Beispiele von Menschen, die schwere Fahrzeuge ziehen, von Lastwagen bis hin zu Flugzeugen. Bei der Untersuchung der Physik dahinter wiesen die meisten Ergebnisse auf den verringerten Rollwiderstand hin, wenn die Fahrzeuge auf Rädern stehen. Da die Normalkraft des Fahrzeugs mit dem Rollkoeffizienten multipliziert wird, der bei Reifen auf Asphalt etwa 0,02 beträgt, verringert sich die Kraft in horizontaler Richtung entgegen der Fahrtrichtung stark. Ich bin jedoch verwirrt darüber, wie dies mit dem Konzept der Haftreibung verglichen wird. Meine aktuelle Interpretation ist, dass der Rollwiderstand nur dann gilt, wenn sich das Fahrzeug bereits bewegt, und dass man die Haftreibung überwinden muss, um vom Stand in die Bewegung zu gelangen? Und die statische Reibung hat einen Koeffizienten, der viel näher bei eins liegt. Wäre diese Anfangskraft zur Überwindung der statischen Reibung also viel höher?

Problem Formulierung

Nehmen wir also an, es gibt ein Massenfahrzeug M auf Gummirädern, stationär auf Asphalt stehend. Am Fahrzeug ist in Fahrtrichtung/Räder ein Seil befestigt. Wenn man die Reibung in den internen Systemen des Autos vernachlässigt, wie berechnet man die Kraft, die ein Mensch benötigt, um am Seil zu ziehen, um das Auto in Bewegung zu setzen? Ist die erforderliche Zugkraft gleich der Haftreibung, d.h F P u l l = μ M G ? Danach ist die Kraft, die erforderlich ist, um das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit in Bewegung zu halten, gleich dem Rollwiderstand F = C M G ? Gibt es auch einen gemeinsamen Wert für die „Zugkraft“ eines Menschen, um zu berechnen, wie viele es braucht, um ein Fahrzeug in Bewegung zu setzen?

Sie müssen die Reifen nicht vom Bürgersteig lösen, bevor sie anfangen zu rollen.

Antworten (2)

Meine aktuelle Interpretation ist, dass der Rollwiderstand nur dann gilt, wenn sich das Fahrzeug bereits bewegt

Das ist richtig.

und dass man die Haftreibung überwinden muss, um vom Stillstand in die Bewegung zu gelangen?

Das ist nicht richtig. Obwohl es eine kleine Haftreibungskraft gibt, die dem Beginn der Rollbewegung widersteht, ist sie im Allgemeinen zu klein, um einen Unterschied zu machen. Stattdessen verhindert die Haftreibung eine relative Bewegung zwischen der Reifenoberfläche und der Straße, dh ein Schleudern oder Gleiten. Die Kraft der Haftreibung verhindert, dass das Rad rutscht und lässt das Rad somit vorwärts rollen. Es wirkt der Rollbewegung nicht entgegen.

Und die statische Reibung hat einen Koeffizienten, der viel näher bei eins liegt. Wäre diese Anfangskraft zur Überwindung der statischen Reibung also viel höher?

Näher an einem als was? Wenn Sie den Rollwiderstandsbeiwert meinen, dann ja. Der Rollwiderstand ist die Kraft, die dem Rollen mit konstanter Geschwindigkeit über eine Oberfläche entgegenwirkt. Laut Wikipedia liegt der Rollwiderstand der meisten neuen Pkw-Reifen im Bereich von 0,007 bis 0,14, ist also im Allgemeinen viel geringer als der Haftreibungskoeffizient. Aber auch hier muss die anfängliche Zugkraft die Haftreibung nicht überwinden.

Problem Formulierung

Wenn man die Reibung in den internen Systemen des Autos vernachlässigt, wie berechnet man die Kraft, die ein Mensch benötigt, um am Seil zu ziehen, um das Auto in Bewegung zu setzen?

"Das Auto in Bewegung setzen" bedeutet, das Auto zu beschleunigen. Die zur Beschleunigung des Autos erforderliche Zugkraft wird nach dem zweiten Newtonschen Gesetz berechnet

A = F M

Ist die erforderliche Zugkraft gleich der Haftreibung, d.h F P u l l = μ M G ?

NEIN, u M G ist die maximal mögliche Haftreibungskraft. Die zur Beschleunigung der Pflege erforderliche Kraft entspricht dem zweiten Newtonschen Gesetz, wie oben angegeben.

Danach ist die Kraft, die erforderlich ist, um das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit in Bewegung zu halten, gleich dem Rollwiderstand F = C M G ?

Das ist richtig, wo C ist der Rollwiderstandskoeffizient (CRR).

Gibt es auch einen gemeinsamen Wert für die „Zugkraft“ eines Menschen, um zu berechnen, wie viele es braucht, um ein Fahrzeug in Bewegung zu setzen?

Laut dem Canadian Centre for Occupational Health and Safety kann ein Arbeiter, wenn er seinen Körper (oder seine Füße) gegen eine feste Struktur stützt, eine Kraft von bis zu 675 N entwickeln. Angenommen, dies wird auf ein kleines 1000-kg-Fahrzeug angewendet, dann entsprechend F = M A eine Beschleunigung von bis zu 0,675 m/s 2 wäre möglich. Zum Vergleich: Ein Auto, das in 5,9 Sekunden von 0 auf 60 mph beschleunigt, hat eine Beschleunigung von 4,5 m/s 2

Hoffe das hilft.

Es gibt offensichtlich einen Unterschied zwischen Haftreibung und Rollreibung. Haftreibung ist erforderlich, um dem Rad Geschwindigkeit zu verleihen , wenn ein Drehmoment darauf ausgeübt wird. Wenn das Rad eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat und sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt (wenn das Drehmoment nicht mehr anliegt), dann wird es im Idealfall (wo keine kinetische Energie des Rads in eine andere Energieform umgewandelt wird) das Rad tun rollt ewig weiter und hat keine Haftreibung mehr (die es nur während der durch das Drehmoment verursachten Beschleunigung gespürt hat).
Die Situation ist jedoch alles andere als ideal. Energie wird dissipiert. Und hier kommt die Rollreibung ins Spiel. Die Rollreibung bewirkt, dass das Rad nicht wie die Haftreibung beschleunigt, sondern deradieren. Die Drehmomente haben in beiden Fällen entgegengesetzte Richtungen, aber nicht den gleichen Wert.
Um das Rad in Bewegung zu setzen, können Sie eine Kraft (Drehmoment) aufbringen, bis eine bestimmte Grenze erreicht ist. Wenn eine Kraft (Drehmoment) mit einem Wert oberhalb dieser Grenze aufgebracht wird, erfährt das Rad kinetische Reibung (das Rad erfährt Reibung mit der Oberfläche, auf der es steht; sehen Sie sich den Rauch in den beschleunigenden Formel-1-Rennwagen beim Start an, obwohl sie mit beschleunigen Haftreibung wäre effizienter, alle Fahrer geben nur Vollgas).
Wenn das Drehmoment nicht mehr aufgebracht wird, verzögert das Rad. Dies wird durch die Rollreibung verursacht .

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