Angenommen, eine Münze wird auf einen Drehtisch gelegt, der dann gedreht wird. Die Münze dreht sich zunächst zusammen mit der Scheibe und kann schließlich wegfliegen.
Meine Frage ist, warum wirkt die Haftreibung radial nach innen und sorgt so für eine Zentripetalbeschleunigung? Ich weiß, dass es der potenziellen Richtung der relativen Bewegung entgegengesetzt ist, aber warum ist das radial nach innen? Ich habe diese Frage mehrmals gesehen, aber sie wird nicht zufriedenstellend beantwortet und ich kann die Intuition dahinter nicht verstehen.
Zweitens, wenn der Drehtisch aus der Ruhe gedreht wird, was bewirkt, dass die Münze überhaupt eine Geschwindigkeit erhält (dh was verursacht eine tangentiale Beschleunigung, wenn die Haftreibung radial nach innen wirkt)?
Schließlich, warum kann die Münze schließlich wegfliegen; Was verursacht die erforderliche Zentrifugalkraft, um die Haftreibung zu erhöhen?
Ich wäre sehr dankbar, wenn mir das jemand intuitiv erklären könnte.
Warum wirkt die Haftreibung radial nach innen und sorgt so für eine Zentripetalbeschleunigung?
Denn die Scheibe unter der Münze wird radial nach innen beschleunigt.
Der lineare Fall ist möglicherweise einfacher zu verstehen. Wir legen ein Paket auf ein Förderband. Das Band beschleunigt nach rechts. Die Reibungskräfte zwischen Paket und Band beschleunigen das Paket nach rechts.
Der Plattenteller ist ein starres Objekt. Was auch immer ein Drehmoment auf den Tisch ausübt, bewirkt, dass sich das gesamte Objekt dreht. Die starren Kohäsionskräfte führen dazu, dass Teile des Drehtellers in einigem Abstand von der Achse zur Mitte hin beschleunigt werden. Ebenso wie das Förderband versucht die Reibung die Münze im gleichen Maße zu beschleunigen. Entweder dreht sich die Münze mit dem Drehteller, oder die Reibung ist unzureichend und die Münze bewegt sich auf einem anderen Weg.
was bewirkt, dass die Münze überhaupt eine Geschwindigkeit erhält (dh was bewirkt eine Tangentialbeschleunigung, wenn die Haftreibung radial nach innen wirkt)?
Die Radialbeschleunigung gilt für den Fall konstanter Drehzahl. Wenn der Plattenteller seine Geschwindigkeit ändert (ausgehend von der Ruhe), wird es auch eine tangentiale Beschleunigung geben.
Was verursacht die erforderliche Zentrifugalkraft, um die Haftreibung zu erhöhen?
Die erforderliche Zentrifugalkraft hängt von der Masse der Münze, dem Abstand von der Achse und der Rotationsgeschwindigkeit des Tisches ab. Wenn alle konstant sind, würden Sie erwarten, dass die erforderliche Kraft konstant bleibt und sich die Münze nie bewegt (relativ zum Drehteller).
In der Praxis ist der Tisch möglicherweise nicht perfekt flach. Ein Stoß kann die Münze stören, wodurch die Reibung verringert wird. Oder vielleicht hat der Motor für eine Sekunde die Geschwindigkeit geändert. Die Bedingungen des Experiments würden bestimmen, ob die Münze bleiben würde oder nicht.
Ich dachte, es wäre die Relativgeschwindigkeit und nicht die Beschleunigung, die die Reibung bestimmt.
Das ist richtig (zumindest für Gleitreibung). Geht man in diesem Fall aber von Haftreibung aus, ist die Relativgeschwindigkeit immer Null. Die Reibungskraft reicht also aus, um die Münze genau so stark zu beschleunigen, wie die darunter liegende Drehscheibe beschleunigt (bis sie anfängt zu rutschen). Aber wenn der drehbare darunter nicht beschleunigt würde, würde die Münze keine Reibung benötigen.
Die Münze würde immer noch beschleunigen, wenn ich sie auf eine sich bewegende Scheibe placrd; Was liefert dann die Tangentialbeschleunigung?
Kinetische Reibung. Nur wenn die Münze keine Relativgeschwindigkeit hat und der Drehteller die Drehgeschwindigkeit nicht ändert, ist die Reibung rein radial. Wenn Sie sich in einer rutschenden Konfiguration befinden, wirkt die Reibung auch in andere Richtungen.
Stellen Sie sich vor, eine Münze liegt um 12 Uhr auf einer Drehscheibe. Wenn Sie anfangen, sich gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, wird die Münze zuerst horizontal von der Oberfläche geschoben. Die Münze "will" an Ort und Stelle bleiben, also "widersteht" sie einer Bewegung, aber die Oberfläche drückt sie (durch Reibung).
Als nächstes, sobald sich die Münze ein wenig bewegt, "will" sie sich in dieser ursprünglichen Richtung weiterbewegen, aber dann bringt ein Drehteller sie dazu, die Richtung in Richtung 11 Uhr zu ändern. So drückt die Oberflächenreibung die Münze in Richtung Zentrum.
Die Oberflächenreibung hat eine maximale Grenze, die durch das Gewicht einer Münze und den Reibungskoeffizienten definiert ist. Während also der Drehteller irgendwann beschleunigt, reicht die Oberflächenreibung nicht aus, um die Münze an Ort und Stelle zu halten, sodass sie davonfliegt
Vulgärer Mechaniker