Hält ein LKW schneller an, wenn der Stapel auf der Ladefläche stabil ist oder wenn er sich vorwärts bewegt?

Meine Frage im Titel ist möglicherweise nicht sehr beschreibend, daher schreibe ich sie hier neu:

Wenn ein Lastwagen in Bewegung ist und auf der Rückseite einen Stapel Heu (nehmen wir an) hat. Wenn nun der LKW plötzlich anhält, hält er schneller an, wenn die Kraft, die der LKW auf das Heu ausübt, die Reibungskraft überwunden hat (eine andere Formulierung: wird er schneller sein, wenn das Heu nach vorne rutscht) oder wird er schneller anhalten, wenn das Heu zurückbleibt? Konstante.

BEARBEITEN:

Ich weiß nicht, wo jeder gefesselte Option bekommt oder nicht. Das Heu ist nicht festgebunden (sorry für die Fehlleitung). Es gibt zwei Situationen, es rutscht auf der Rückseite des Lastwagens oder es rutscht nicht auf der Rückseite des Lastwagens. Und in welcher Situation hält der Lkw schneller an?

"Festgebunden" in meiner Antwort ist nur eine Abkürzung für "nicht rutschen".
Wenn das Heu nicht festgebunden ist, rutscht es nach vorne.
Kurze Antwort: Wenn der Stapel rutscht, stoppt der LKW schneller, aber der Stapel stoppt langsamer . Je nachdem, woraus der Stapel besteht, kann dies wünschenswert sein oder nicht.
Bei der Anwendung von physical.stackexchange.com/q/143823/25907 hängt es davon ab, ob die Bremsen auf die Vorder- oder Hinterräder wirken.

Antworten (4)

Insgesamt ist die Haftreibung höher als die Gleitreibung. Das heißt, wenn Sie bremsen können, ohne dass Ihre Räder durchdrehen, kommen Sie schneller zum Stehen. Nehmen wir also an, dass der LKW bremst, ohne zu schleudern, und sehen, wo uns das hinführt.

Nehmen wir an, Ihr LKW hat Gewicht W = M g mit einem Heuhaufen mit Zusatzgewicht w = m g oben drauf. Koeffizient der (Haft-)Reibung zwischen Rädern und Fahrbahn ist μ 1 , und Reibung zwischen Heuhaufen und LKW-Ladefläche ist μ 2 .

Die Normalkraft auf die Reifen ist W + w und die maximale Haftreibung ist μ 1 ( W + w ) .

Wenn die Räder in einiger Entfernung stehen bleiben D und der Heuhaufen kann eine zusätzliche Strecke gleiten d auf der Ladefläche, dann wird die Arbeit verrichtet, um die gesamte Anordnung zum Stillstand zu bringen (die gleich der kinetischen Energie sein muss, mit der wir begonnen haben).

μ 1 ( W + w ) D + μ 2 w d

Wenn sich der Heuhaufen nicht bewegte, d = 0 und der zweite Term würde verschwinden.

Wenn wir also in beiden Fällen die gleiche Arbeit leisten müssen, um den LKW zum Stehen zu bringen, können wir den Abstand des rutschfesten LKWs auf einstellen D ' und wir erhalten den Ausdruck:

μ 1 ( W + w ) D + μ 2 w d = μ 1 ( W + w ) D ' D ' = D + μ 2 w μ 1 ( W + w ) d

Da der zweite Term immer größer als Null ist, ist der Bremsweg für den Lastwagen länger, der den Heuhaufen festgebunden hat (oder anderweitig nicht rutscht).

Sie scheinen das dritte Gesetzespaar der Heuwagenreibung fallen gelassen zu haben. Der LKW sollte haben μ 1 ( W + w ) − μ 2 w horizontal zwingen. Das μ 2 → ∞ Grenze sollte der gleiche Abstand sein wie der feste Fall.
@alemi Ich habe darüber nachgedacht, aber ich denke, Energieerhaltung funktioniert immer noch. Wenn der Reibungskoeffizient zwischen Bett und Heu groß ist, dann d wird klein sein. Ich gebe zu, ich habe die Grenzfälle nicht genau untersucht - solange das Heu rutscht, ist der Bremsweg kürzer. Es stimmt, dass d in meinem Ausdruck ist die Strecke, die das Heu rutscht - die kleiner oder gleich der Größe der Ladefläche ist. Ich sollte genauer rechnen...
Wahr genug. Sie haben die richtige Grenze, aber das dritte Gesetzespaar war entscheidend für die richtige Grenze, als ich die Dynamik betrachtete, was mich hier verdächtig macht.
Daran werde ich mich erinnern, wenn ich das nächste Mal einen 39-rädrigen Sattelzug mit ungesichertem Heu auf der Ladefläche im Spiegel sehe. Auch wenn ich von einer unberechenbaren, übergroßen Frühstücksflockenrolle zu Tode gequetscht werde, werde ich eine halbe Sekunde mehr Leben genießen, weil der Moloch es geschafft hat, zwei Zentimeter hinter meinem Auto anzuhalten und mich nicht getötet hat.
Diese Analyse geht davon aus, dass der sich bewegende Heuhaufen schließlich aufgrund von Reibung stehen bleibt. Wenn stattdessen der Heuhaufen aufgrund einer Kollision mit dem Fahrerhaus des Lastwagens stehen bleibt, ändert das die Antwort? Wäre auch der Zeitpunkt der Kollision von Bedeutung (ob der Heuhaufen das Fahrerhaus trifft, bevor oder nachdem der Lastwagen zum Stehen kommt)?
@WetSavannaAnimalakaRodVance: Habt ihr Auflieger mit einer ungeraden Anzahl an Rädern? Oder wird da auch das Lenkrad mitgezählt?
@mbeckish Ich denke, das Gleiten des Heus würde kinetische Energie als Wärme abführen. Selbst wenn das Heu dann auf die Kabine treffen würde, wäre der Bremsweg immer noch kürzer als bei einem Lastwagen mit festgebundenem Heu (es sei denn, die Ladefläche des Lastwagens wäre reibungsfrei).

Um nicht von Floris' Antwort abzulenken, aber ich denke, dies ist ein Fall, in dem es schön ist, in Grenzen zu denken.

Wenn das Heu festgebunden ist, stoppst du ein Objekt mit Masse (LKW + Heu).

Wenn das Heu nicht festgebunden ist, sondern auf einer ausreichend klebrigen Oberfläche, so dass es sich nicht bewegt, sollte es dasselbe sein, als würde es gestoppt, da das Ergebnis dasselbe ist.

Im anderen Extrem, wenn der Reibungskoeffizient zwischen dem Heu und dem Lastwagen null wäre, würde uns das Heu überhaupt nicht interessieren, außer dass Sie jetzt nur einen Lastwagen mit Masse (LKW) mit einer Normalkraft von stoppen (LKW + Heu), der früher aufhört.

Die Zwischenfälle werden dazwischen sein.

Der Schlüssel ist, dass Sie eine Masse nur des Lastwagens mit der normalen Kraft des Lastwagens plus Heu anhalten (mit anderen Worten, mit mehr verfügbarer Reibung - in diesem Sinne kümmern wir uns um das Heu). Mit dieser einen Einschränkung ist diese Argumentation schön und sauber.
Was passiert also, nachdem der Lastwagen anhält und das Heu auf den Lastwagen trifft?
Hoffentlich ist die Haftreibung des Lastwagens hoch genug, um dem inneren Aufprall standzuhalten und zu verhindern, dass er sich bewegt.
@MobyDisk, es wäre immer noch ein Zwischending zwischen dem Festnageln und dem Abrutschen von der Vorderseite.

Das ist die einfachste Analogie, die mir einfällt.

Stellen Sie sich einen langen, schmalen Teppich vor, der mit 1 km/h über eine riesige Eisbahn gleitet. Am hinteren Ende des Teppichs steht ein sehr dicker (200 kg) Mann mit Rollschuhen . Sie wollen ihn zum Stillstand bringen. Sie könnten den Mann schnappen und Ihre Schlittschuhe in das Eis graben, bis er schließlich aufhört. Alternativ könntest du die hintere Kante des Teppichs greifen. Der Teppich wiegt im Wesentlichen nichts, sodass Sie ihn leicht stoppen können. Auf der anderen Seite beginnt der dicke Mann eine komische Reise entlang des Teppichs, wird im Laufe der Fahrt allmählich langsamer und rollt schließlich zum Stehen.

Mit anderen Worten, ein Teil der Energie des sich bewegenden dicken Mannes ist durch die Reibung zwischen seinen Schlittschuhen und dem Teppich verloren gegangen, nicht durch die Reibung zwischen Ihren Schlittschuhen und dem Eis.

In Ihrem ursprünglichen LKW-Szenario rutscht die Ladung nach vorne und gibt dabei einen Teil ihrer kinetischen Energie als Wärme ab. Trifft er auf die Vorderseite des Aufliegers, wird ein Teil der verbleibenden Energie wieder in die Vorwärtsbewegung des Trucks übertragen – aber bis dahin wird der Truck hoffentlich ohnehin zum Stillstand gekommen sein und genügend Bremskapazität übrig haben.

Der letzte Absatz bringt es auf den Punkt in der theoretischen Physik. Allerdings würde mich die Meinung eines Truckers zu einer Lastverschiebung interessieren, die beim Bremsen ein Schleudern verursacht. Der Wärmeverlust an den Boden ist vernachlässigbar; Auf die Rückseite des Lastwagens zu schlagen ist nicht (zumindest vor ABS). "Hoffentlich" (Masse) ist die Grenze zwischen einem Ruck, der die Rollreibung der Räder überwinden kann, oder nur einer winzigen Wärmeübertragung auf den Boden.
@Mazura Du hast vollkommen recht. Meine Analogie wurde bewusst gewählt, um den Effekt so weit wie möglich zu übertreiben. In Wirklichkeit ist der Platz, den die Ladung zum Gleiten hat, sehr gering, die Masse der Ladung im Vergleich zum LKW gering und die Reibung zwischen Paletten und Sperrholz ebenfalls gering. Ich nehme an, das einzige, was wir sagen können, ist, dass der Effekt in der realen Welt nicht wahrnehmbar sein wird, aber eine ungesicherte Ladung kann niemals SCHLECHTER sein, als gesichert zu sein - abgesehen von den Schäden, die bei der Kollision an der Trennwand entstanden sind!
@Lefty: Ich glaube nicht, dass der Punkt "nie schlechter sein" angesichts der Auswirkungen der Gewichtsverteilung auf die Bremseffizienz zutrifft. Stellen Sie sich als extremes Beispiel ein sehr schweres Gewicht auf der Rückseite eines leichten Sattelaufliegers mit hervorragenden Bremsen vor, das von einem leichten Lastwagen mit miesen Bremsen gezogen wird. Wenn das Gewicht rutschen kann, halten der Lastwagen und der Anhänger fast sofort an, aber das Gewicht nicht; Sobald das Gewicht seine Bewegungsgrenze erreicht hat, wird die Truck+Gewicht-Kombination immer noch den größten Teil ihres früheren Schwungs haben, aber die Räder mit guten Bremsen werden wenig Gewicht auf sich haben, was sie fast unbrauchbar macht.
@supercat Ja, sehr guter Punkt, gut gemacht. Ich habe es schlecht formuliert, als ich sagte "niemals schlimmer sein" - ich habe hauptsächlich versucht, die Idee zusammenzufassen, dass jede Menge an kinetischer Energie ungleich Null, die als Reibung auf der Ladefläche abgeführt wird, eine Energiemenge sein wird, die nicht benötigt wird in das Bremssystem einzusteigen - aber reale Unterschiede, wie Sie sie vorgeschlagen haben, werden sich definitiv auswirken.
@Lefty: Energie ist nicht die Invariante - Impuls (Masse mal Geschwindigkeit) ist es. Wenn die Straße als stationär angesehen wird, muss die integrierte Kraft auf der Straße über den gesamten Bremsweg gleich der Anfangsgeschwindigkeit multipliziert mit der Anfangsmasse sein.

... ein Lastwagen in Bewegung und auf der Ladefläche ein Stapel Heu (nehmen wir an) hat. Wenn nun der LKW plötzlich anhält, hält er schneller an, wenn die Kraft, die der LKW auf das Heu ausübt, die Reibungskraft überwunden hat (eine andere Formulierung: wird er schneller sein, wenn das Heu nach vorne rutscht) oder wird er schneller anhalten, wenn das Heu zurückbleibt? Konstante.

Ich habe versucht, ein bremsendes Fahrzeug zu finden, das die in den Antworten beschriebene Situation hervorrufen würde: ein Lastwagen

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oder ein Auflieger

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aber ich konnte nicht.

Wenn das Heu nicht aus dem Lastwagen geworfen wird, kann es meiner Meinung nach keinen Unterschied geben , denn selbst wenn das Heu nach vorne rutscht, trifft es immer eine Seite des Lastwagens und wird schließlich von den Bremsen gestoppt, nicht wahr?

Genauer gesagt: Es dauert nur einen Bruchteil einer Sekunde, und die Ladung wird durch die Karosserie des LKWs gesichert und hält trotzdem LKW + Heu (plus eine verschwindend kleine Menge an Energie, die in Wärme umgewandelt wird).

Aber wie weit ist die Front des Lastwagens in beiden Szenarien vom Massenmittelpunkt entfernt?
@BowlOfRed, wie beeinflusst das die Tatsache, dass das Heu sowieso gestoppt wird?
Sie können sich vorstellen, dass bei maximaler Bremsung der Massenschwerpunkt des Systems an einem bestimmten Punkt gestoppt wird. Aber die Front des Lastwagens muss keinen konstanten Abstand von diesem Massenmittelpunkt haben.
Hält ein LKW schneller an, wenn der Stapel auf der Ladefläche stabil ist oder wenn er sich vorwärts bewegt?
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