Keine Reibung beim reinen Abrollen – wie wäre es mit Autofahren?

Ich erinnere mich an das nicht intuitive Ergebnis, dass reines Rollen ohne Beschleunigung nach dem Gesetz der Erhaltung des Drehimpulses keine Reibung beinhaltet. Vermutungen:

  1. Ich verstehe, dass, wenn ich ein Auto mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden, flachen Straße fahre, die Räder in einem Zustand des reinen Rollens sind?
  2. Ein Grund, warum ich ständig Kraftstoff verbrauchen muss, ist, dass der Reifen keinen Punktkontakt mit dem Boden hat, wodurch die Normalkraft vom Boden außermittig ist und ein verzögerndes Drehmoment erzeugt?

Ein weiterer Grund, warum ich ständig Kraftstoff verbrauchen muss, ist der Luftwiderstand.

Erstens, sind meine Vermutungen richtig? Außerdem ist beim Fahren eines Fahrzeugs in der realen Welt unter den zuvor beschriebenen Bedingungen die Reibungskraft immer noch null, selbst wenn der Luftwiderstand und Unvollkommenheiten in der realen Welt berücksichtigt werden?

Ich erinnere mich an das nicht intuitive Ergebnis, dass reines Rollen keine Reibung beinhaltet. Wollen Sie damit Rollen ohne Rutschen und ohne Beschleunigung sagen?
Ja. Mich interessiert besonders, was passiert, wenn man mit einem Auto/Fahrrad auf einer geraden, flachen Straße mit konstanter Geschwindigkeit fährt. Das ist Rollen ohne Rutschen, oder?
Das Auto zerquetscht die Reifen beim Rollen. Da sich jeder Teil des Reifens nach dem Zusammendrücken wieder in seine normale Form ausdehnt, erhalten Sie nicht die gesamte Energie zurück.
Darüber hinaus verlieren Sie auch Energie aufgrund von Radverformungen, die zwar elastisch sind, aber nicht die gesamte Energie zurückgeben, sondern verloren gehen und sich über das Rad verteilen.
Können wir diese Phänomene als Reibungsbeiträge klassifizieren?
@RohitPandey: Es ist als Rollwiderstand bekannt und nicht dasselbe wie die Reibung, die durch eine Normalkraft und Wechselwirkung zwischen Boden und Rad (en) verursacht wird.
Ist dieser "Rollwiderstand" eine Kraft? Wenn ja, in welche Richtung?
Der Rollwiderstand ist vielmehr ein Drehmoment, das dem Rollen entgegenwirkt. Aber effektiv verhält sich der Rollwiderstandskoeffizient ähnlich wie ein Reibungskoeffizient, nur dass er viel kleiner ist. Für einen typischen Fahrradreifen auf Asphalt beträgt er zB 0,005.

Antworten (1)

Bei 60 mph auf der Autobahn betragen die Reibungsverluste eines Autos etwa 50 % Rollwiderstand und 50 % Luftwiderstand. Der Luftwiderstand kommt offensichtlich vom Luftwiderstand, der von der Form des Fahrzeugs, seiner Querschnittsfläche, Geschwindigkeit usw. abhängt. Der Rollwiderstand kommt von allen Reibungskräften, die an der Übertragung der Kraft auf die Antriebsräder beteiligt sind, einschließlich des internen Motors Reibung, Getriebereibung, Antriebswellen- und Differentialreibung und Verformung von Reifen auf der Straße.

Bei Reifen auf der Straße ist bei normalem Luftdruck der Teil des Reifens, der die Straße nicht berührt, ungefähr rund. Wenn sich der Reifen dreht und ein Stück des Reifens die Straße berührt, wird er platt, und die vier (unter der Annahme, dass sich vier Räder auf der Straße befinden) flachen Teile der Reifen sorgen für die Traktion, die Ihr Auto in der bevorzugten Richtung hält . Da die Reifen "verformt" werden, um diese flache Oberfläche bereitzustellen, auf der Sie fahren, biegen sich die Seitenwände der Reifen schnell, wenn diese Oberfläche die Straße berührt, und lösen sich dann schnell wieder, wenn dieser Fleck des Reifens die Straßenoberfläche verlässt. Dieses schnelle Biegen und Entspannen erwärmt die Reifen etwas, was darauf hinweist, dass dieser physikalische Prozess auftritt, weil die innere Reibung im Reifen Wärme erzeugt, die nicht dazu beiträgt, Ihr Auto auf der Straße voranzutreiben.

Beim Rollen der Reifen auf der Straße ist natürlich eine geringe Reibung vorhanden, die nicht auf die Reifenbiegung zurückzuführen ist. Durch diese Reibung behalten Sie die Kontrolle über Ihr Fahrzeug, und genau deshalb halten sorgfältig gefahrene Reifen nicht ewig. Dieser Rollwiderstand ist bei konstanter Geschwindigkeit gering, aber selbst dann halten gut konstruierte Reifen nur 60.000 bis 70.000 Meilen, bevor das Profil abgenutzt ist und neue Reifen erforderlich sind. Wenn Sie sich auf ein Szenario einlassen möchten, in dem diese Reibung nicht mehr vorhanden ist, versuchen Sie, auf Eis zu fahren. Auf einer solchen Oberfläche hört der Reifenverschleiß praktisch auf, aber Sie können unter diesen Bedingungen weder die Geschwindigkeit noch die Richtung ändern, und Sie müssen bald viel mehr als nur Ihre Reifen ersetzen.

danke David, das ist eine schöne Darstellung des Themas. -NN
Danke, schöne Antwort. Ist es fair zu sagen, dass die Reibung (keine normale Reaktion) zwischen Reifen und Boden null ist, wenn ich die Geschwindigkeit oder Richtung nicht ändere?
Nein. Es gibt immer noch eine kleine Reibung zwischen den Reifen und der Straße. In Physikbüchern wird dies als Rollwiderstandskoeffizient aufgeführt, und es existiert sogar für Schienenfahrzeuge, die Stahlräder auf Stahlschienen verwenden.
Keine Reibung beim reinen Abrollen – wie wäre es mit Autofahren?
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