Was bewegt den unteren Teil eines rollenden Rades?

Wie ich gerade von der Rollbewegung lerne, die die Kombination aus reiner Translation und reiner Rotation ist. Der obere Teil des Rollkörpers hat die Geschwindigkeit der doppelten Geschwindigkeit in der Mitte des Objekts, während der untere keine Geschwindigkeit hat

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Es kann auch als Drehung angesehen werden, die die Achse am unteren Abschnitt nimmt

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Wenn ich jedoch diese beiden Erklärungen mit dem vergleiche, was ich im wirklichen Leben sehe, in diesem Fall das rollende Rad, und in der dynamischen Analyse, warum sich der Boden ohne Geschwindigkeit bewegen kann?

Zum Beispiel ein rollendes Rad auf der Straße, sagen wir, die Unterseite des Rads hat keine Geschwindigkeit, aber das Rad ist ein starrer Körper, und im Laufe der Zeit bewegt es sich um eine Strecke, sodass die Unterseite Geschwindigkeit haben muss, um sich zu bewegen, aber als Definition die Der Boden hat keine Geschwindigkeit, was bedeutet, dass er stationär ist, also was macht seine Verschiebung, wenn es keine Geschwindigkeit gibt

Sie folgen den Grundsätzen der Physik von Walker, Resnick, Halliday. Da ist es anschaulich erklärt.
Hier sprechen wir über das Konzept der Momentangeschwindigkeit . Der Boden bewegt sich zu keinem Zeitpunkt, aber im nächsten Moment ist er nicht mehr unten.

Antworten (3)

Der Boden des Rades ist in jedem Moment ein anderer Teil davon. Wenn Sie einem bestimmten Punkt auf dem Rad folgen, werden Sie sehen, dass es sich nach unten bewegt und in der Vorwärtsbewegung langsamer wird, bis es die Oberfläche mit Nullgeschwindigkeit berührt und sofort beginnt, sich nach oben zu bewegen und wieder vorwärts zu beschleunigen. Oben bis zu doppelt so schnell, um aufzuholen und wieder auf die vordere Seite zu gelangen, und dann sinkt es ab und wird langsamer, und der Zyklus wiederholt sich.

Diese Animation aus Wikipedia zeigt den Weg, den ein beliebiger Punkt auf einem Rad nimmt, recht gut:

Weg des Punktes auf dem Rad

Der Pfad heißt Zykloide .

In Wirklichkeit bewegt sich die Unterseite des Rades tatsächlich nicht. Andernfalls würde es rutschen und einen schlechten Halt auf der Oberfläche haben, da die statische Reibung (Kraft, die verhindert, dass sich zwei Oberflächen relativ zueinander zu bewegen beginnen) höher ist als die dynamische Reibung (Kraft, die dem Rutschen zweier Oberflächen entgegenwirkt).

Können Sie genauer angeben, warum die untere Rutsche oder Rutsche sich aber nicht bewegt, während das Bild, das Sie mir mit der Bewegung des unteren Punktes zeigen, das gleiche ist wie der Redline-Zustand, dass es sich von unten nach oben bewegt, wenn es rutscht, so ist die Bewegung nicht das mehr rollen?
@aukxn: Es rutscht nicht . Ich sagte , sonst würde es rutschen. Wenn es rutscht, rollt die Bewegung nicht mehr, aber das bedeutet nicht, dass sich das Rad überhaupt nicht dreht. Ich sollte den Absatz wahrscheinlich löschen, wenn er für Sie verwirrend ist.

Dies kann in zwei verschiedenen Bezugsrahmen beantwortet werden.

Wenn wir dieses Problem aus der Perspektive eines außenstehenden Beobachters betrachten, bewegt sich die Unterseite des Rads überhaupt nicht und die Oberseite des Rads bewegt sich mit der doppelten Geschwindigkeit des Rads selbst, wenn sich das Rad vorwärts bewegt. Wenn sich das Rad in diesem Rahmen vorwärts bewegt, bewirkt die Zentripetalkraft, die durch die Struktur des Rads bereitgestellt wird, dass sich der bewegungslose untere Punkt zu bewegen beginnt und der schnelle obere Punkt langsamer wird. Jeder Punkt auf der hinteren Radhälfte wird von der Radstruktur mitgezogen und beschleunigt. Jeder Punkt auf der vorderen Hälfte des Rades wird durch die Struktur des Rades zurückgezogen und verlangsamt.

Wenn wir das aus der Perspektive des sich bewegenden Rades selbst betrachten, dann finden wir nichts Außergewöhnliches. Wenn sich das Rad tatsächlich mit einer Geschwindigkeit v bewegt, dann gibt es in seinem Rahmen nichts weiter als eine einfache Kreisbewegung. Das Rad scheint sich normal zu drehen, wobei sich die Unterseite bei -v und die Oberseite bei +v bewegt. Der Grund, warum der Boden beginnt, sich in positiver Richtung zu beschleunigen, liegt an der Zentripetalkraft, genau wie bei jeder Kreisbewegung.

Die zweite Perspektive, die ich anbiete, scheint ein bisschen simpel zu sein, aber sie ist immer noch wahr. Der untere Punkt beschleunigt aufgrund der Zentripetalkraft in positiver Richtung. Dies ist auch im Rahmen eines außenstehenden Beobachters der Fall. Der untere, nicht bewegliche Punkt beschleunigt aufgrund der Zentripetalkraft nach vorne.

Hinzuzufügen ist, dass sich natürlich im Bezugssystem des Rades der Boden bewegt − v , also bewegt sich die Unterseite des Rads immer noch nicht relativ zum Boden.
@JanHudec wie ist das relevant oder hilfreich?

Das Problem ist, dass "der Boden des Rades" kein spezifischer physischer Teil des Rades ist. Es ist eine Rolle oder Beschreibung , die für jeden Teil des Rades gilt, wenn es sich um die Achse bewegt.

Sie könnten sich genauso gut fragen, wie sich die Spitze des Rads doppelt so schnell bewegen kann wie das Rad und trotzdem verbunden bleibt. Die Antwort ist, dass die doppelte Geschwindigkeit "oben am Rad" nur das langsame "unten am Rad" ist, das aufholt und vorübergehend vorankommt ...

Was bewegt den unteren Teil eines rollenden Rades?
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