Warum ist die Reibung null, wenn der Radschlupf null ist? [Duplikat]

Bei einem (idealisierten) perfekt runden Rad auf einer perfekt glatten Straße gibt es zu jedem Zeitpunkt nur einen einzigen Kontaktpunkt zwischen Rad und Straße. Wenn Sie die Bewegung eines einzelnen Punktes auf der Oberfläche des Rades darstellen würden, während es sich dreht und dann den Boden berührt, würden Sie sehen, dass es einer Kurve folgt, die als Zykloide bezeichnet wird . Das Bild in diesem Wikipedia-Artikel erklärt es besser als ich es könnte.(*) Wie Sie dem Bild entnehmen können, ändert der Punkt auf der Oberfläche des Rads tatsächlich die Richtung, wenn er die Straße berührt, also zu diesem Zeitpunkt seine momentane Geschwindigkeit ist Null. Da es relativ zur Straße stationär ist, gibt es keine Gleitreibung .

Dennoch kann es zu Haftreibung kommen , z. B. wenn Sie mit dem Auto um eine Kurve fahren. In diesem Fall ist es die Haftreibung am Rad, die Sie am Rutschen hindert und Sie auf der Kurve hält. (Oder Haftreibung plus Beitrag der Schwerkraft, wenn die Kurve geneigt ist.)

Hinzu kommt die Haftreibung zwischen den Rädern und der Fahrbahn, die das Auto überhaupt erst beschleunigen lässt. (Ich gehe davon aus, dass es von der Ruhe aus beginnt.) Wenn die Reibung zwischen Rädern und Boden null wäre, würden sich die Räder an Ort und Stelle drehen, aber das Auto würde nirgendwo hinfahren.

(*) Das Bild macht es sehr deutlich, aber wenn Sie eine verbale Erklärung bevorzugen: Das Rad als Ganzes bewegt sich vorwärts (relativ zur Straße), aber wenn der Punkt auf der Oberfläche des Rads am unteren Ende seiner Drehung ist, ist es sich relativ zur Radmitte nach hinten bewegt. Das Ergebnis ist, dass der Punkt auf der Oberfläche des Rads stationär ist (relativ zur Straße), wenn es sich am unteren Ende seiner Drehung befindet.

Der Schlupf% wird von SAE definiert als$S=\frac{\omega\,R-V}{V}$Wo$\omega$ist die Radumdrehung in Radianten pro Zeit,$R$der effektive Reifenradius ist, und$V$Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Wenn mein Rad beispielsweise einen Radius von 1 Fuß hat und meine momentane Drehgeschwindigkeit 50 Radiant pro Sekunde beträgt, dann wäre meine erwartete Geschwindigkeit 50 Fuß pro Sekunde. Wenn ich gerade bremste, könnte meine tatsächliche Fahrgeschwindigkeit 51 Fuß pro Sekunde betragen. In diesem Fall wäre mein Slip% 2%.

Bei einem Auto, dessen Räder sich nicht drehen, ist der untere Teil des Bruchs also Null und der Schlupf% ist undefiniert. Im Fall des geparkten Autos bedeutet dies, dass jeder Punkt in der Grafik dafür gilt, wie viel Reibung der Reifen aushalten kann (vorausgesetzt, Sie bleiben beim nassen vs. trockenen Zustand), einschließlich desjenigen, der das Gleichgewicht des geparkten Autos schafft.

Reibung entsteht durch die Tendenz oder die reale Bewegung zwischen zwei Oberflächen. wenn kein Schlupf auftritt, obwohl die Oberfläche nicht glatt ist, verschwindet die Reibungskraft, weil es keine Relativbewegung am Kontaktpunkt des Rads zur Straße gibt. Diese Situation ist jedoch ideal. Wenn sich eine der Oberflächen verformen könnte, ist die Normalkraft von der Straße zum Rad nicht vertikal, was zu einer kleinen horizontalen Komponente führt, die das Rad am Ende verlangsamen würde, wenn auch nicht durch Reibung.