Hola
Hay un texto de introducción a las curvas peraltadas en las que me armo lío. Las dudas están intercalada
"Cuando el coche circula por una curva de una carretera horizontal, la fuerza centrípeta se origina por la fuerza de rozamiento ejercida por la carretera sobre los neumáticos del coche. (¿Cómo es esta relación entre la fuerza de rozamiento y la fuerza centrípeta?
Hola, en un coche, tienes cuatro neumáticos, lo que llamamos como fuerza centrípeta, será el efecto combinado del rozamiento estático sobre los 4 neumáticos, que no todos están siempre perpendiculares al centro de giro y no todos en el mismo radio, luego es conveniente hablar del vehículo como si tuviera una sola rueda, pero entender que sucede lo mismo en las 4 o 6, 8, \( n \) lo que fuera el vehículo.
Como te han dicho si no existiera rozamiento entre el piso y el neumático, no habría forma de impulsar el vehículo, ni de frenarlo ni de hacer cambios de dirección, simplemente las ruedas patinarían en la posición de arranque, si recibiera un impulso externo, continuaría en esa dirección y sentido para siempre...Luego se entiende que en la realidad los vehículos están continuamente sometidos a fuerzas de rozamiento.
Pero cual fuerza de rozamiento? sabemos que hay dos tipos, la estática y la dinámica, la mayoría de los mortales, manejamos tratando de dominar (conducir) el vehículo en condiciones de rozamiento estático, dejemos para los pilotos y a los que tienen agallas, las técnicas de deslizamiento quemando neumáticos, en picadas como dragster, o drifting...
Sabemos que el rozamiento estático es una fuerza con un límite superior dado con \( \mu_e N \) cualquier intento forzando por encima de ese valor tendremos deslizamiento, y la resistencia del suelo cambia a \( \mu_dN \) que es inferior al estático, con la consecuente dificultad de volver a dominar sin reducir potencia.
Como movemos es vehículo? Si sobre el eje de la rueda se crea un par, este provoca una fuerza impulsora tangente a la superficie del neumático, como hay rozamiento, el punto de apoyo de la rueda se convierte en un centro instantáneo de rotación, si la fuerza impulsora es menor que el máximo rozamiento estático, el vehículo por reacción responde moviéndose en dirección contraria a ese rozamiento, así acelera y lo contrario sucede cuando frena.
Para doblar lo que se hace es cambiar el eje de rotación de la rueda, por lo que el punto esperado como centro instantáneo de rotación queda desplazado de la línea de movimiento, ese intento de desplazamiento es resistido por el suelo hasta el límite máximo de rozamiento estático, luego la reacción sobre el vehículo es el cambio de dirección en la velocidad del vehículo. Como la única fuerza que actúa sobre el coche es el rozamiento debido a la segunda ley de Newton es
\( \mu_eN>F_r=ma_c=F_c \)
Yo más bien esta situación veo como que sencillamente si hay movimiento, no hay una relación de causalidad entre la fuerza centrípeta y la fuerza de rozamiento del suelo: veo simultaneidad).
La fuerza conocida como centrípeta, es un concepto ideal, es una fuerza central que de tener siempre el mismo módulo \( F_c=m\dfrac{v^2}{r} \) y dirección radial, provoca sobre un móvil de masa m y velocidad inicial v una trayectoria circular, pero el actor de esa fuerza puede ser cualquier cosa, la tensión de un hilo, un campo magnético, un campo eléctrico, un muelle, la fuerza gravitatoria, o el rozamiento. Fíjate que denominar Fc a la fuerza centrípeta es solo un concepto, más bien es la resultante de la sumatoria de fuerzas que provoca la aceleración de dirección radial, y sentido central.
Si el coche no se desliza radialmente, el rozamiento es estático.
No importa si la dirección es radial o transversal, si desliza el rozamiento no es estático.
Si el coche se mueve a velocidad de módulo constante, la componente hacia delante de la fuerza de rozamiento se equilibra con las fuerzas que se oponen al movimiento del vehículo, como la fuerza de arrastre del aire y la fuerza de rozamiento a la rodadura.
Si no hubiera aire, y tampoco deformaciones en la superficie del neumático, no habría necesidad de mantener el motor prendido para avanzar(tampoco andaría si no hay oxígeno, o bien debe ser eléctrico), de hecho el motor mantiene un equilibrio de fuerzas de impulsión, la resistencia al viento, la rodadura, rozamiento interno de las piezas del coche)
(¿qué es la fuerza de rozamiento a la rodadura?;
La rueda siempre la suponemos ideal, "una circunferencia" pero en realidad el peso del vehículo deforma la cubierta y la deja plana debajo formando una pequeña superficie, la acción de deformar el neumático, tiene una reacción que adelanta la posición de la fuerza normal al eje de giro, creando un momento torsor contrario al momento torsor de impulsión de la rueda, luego pasado cierto tiempo, aún en condiciones de vacío (sin rozamiento del aire) una rueda girando se detendrá, ¿porque?, porque esa deformación crea fricción en el neumático este se calienta y pierde energía, y cómo esa energía se extrae de la energía cinética de rotación, ésta se acaba y la rueda se detiene.
¿es el vector opuesto a la fuerza de rozamiento que impulsa el coche?).
Es una parte del módulo de la fuerza de impulsión, pero no toda, ya sabemos que parte, se pierde en roce interno, y otra por el viento.
Si la resistencia al aire y la rodadura (¿qué es la rodadura?) son despreciables y la velocidad del coche es de módulo constante, la componente en la dirección del movimiento de la fuerza de rozamiento es nula
Sería constante si no aceleras, es decir a motor apagado, el rozamiento no es nulo, lo que es nulo es el trabajo de la fuerza de rozamiento, porque no hay deslizamiento, luego no hay pérdida de energía debida a la rotación de esta manera tan ideal.
(¿la fuerza de rozamiento no es siempre en la dirección del movimiento?;
Si claro, siempre contraria a la dirección que esperas mover un cuerpo, o a la que se está moviendo.
¿por qué es nula?).
Ya te dije antes, la fuerza de rozamiento estática puede no ser nula, si desprecias la rodadura y al viento, verás que punto tras punto de apoyo no hay deslizamiento, las pérdidas de energía o bien la pérdida de energía cinética, proviene de
\( \displaystyle{\Delta E_c=-W=-\int_A^BF_r\cdot dx} \)
lo que es cero es el deslizamiento \( dx \) si bien la rueda se puede roto trasladar de A hasta B el trabajo W es nulo , luego no hay variación de energía cinética , que implica que el módulo de la velocidad permanece constante.
Si la curva está peraltada, la fuerza normal de la carretera tendrá una componente en la dirección centrípeta.
Claro y esa componente dividía la masa del coche es la aceleración centrípeta.
El ángulo de peralte se elige de forma que no sea necesario ningún rozamiento para que el coche complete la curva a la velocidad correspondiente
A ha!!!!, y cuál es la velocidad correspondiente, porque no todos los vehículos van a pasar por la curva a la misma velocidad.... te deje pensando no?... bueno los ingenieros escogen una velocidad segura, y te la indican en un cartel del máxima a la entrada de la curva. Y justamente se elige el ángulo de peralte para que al circular a la velocidad segura, se iguala la componente de la normal a la aceleración centrípeta lo que permite describir la curva con radio \( r \) constante previsto.
(¿qué rozamiento existe aparte del que impulsa el coche? )."
Un saludo
Los rozamientos son el estático, el aerodinámico, la rodadura, pero también se oponen a la energía impulsora del motor( tienes las fricciones de ejes y platos, engranajes , mecanismos de biela manivela , y la producción de energía eléctrica en el alentador), la viscosidad del fluido de refrigeración, y las pérdidas de calor por el escape),y el roce de los frenos... pero a ti solo te importan las tres primeras, porque llegan al neumático.
Si dice que "no sea necesario ningún rozamiento" en el segundo párrafo, es porque hay más de un vector de rozamiento en el caso de las curvas peraltadas; ¿cuáles son?.
El vector rozamiento aparecerá en caso que no tomes la curva en el radio previsto y a la velocidad prevista, como una diferencia que te permitirá tener control sin deslizar lateralmente, o bien hacia arriba o hacia abajo porque un peralte no es más que un plano inclinado, que atraviesas lateralmente, a medida que giras. mientras no excedas el máximo posible, el auto mantiene la línea de giro, sin caer al centro, o derrapar hacia afuera.
Hay dos situaciones, dos diagramas de fuerzas, para un coche tomando una curva. Los diagramas los adjunto en dos imágenes. ¿Cuál es, según el primer párrafo que cito, "la componente hacia delante de la fuerza de rozamiento". Yo creo que se refiere a \( \vec{\mathbf{f}}_s \), en una de las imágenes, y no \( \vec{\mathbf{f}}_e \), en la otra.
Por otra parte, en el segundo párrafo que cito en mi primer mensaje de este hilo, los rozamientos que elimina el peralte es uno en realidad, \( \vec{\mathbf{f}}_e \). ¿Cómo lo veis, feriva?
Un saludo
Te doy mi opinión, se refiere a \( \vec{\mathbf{f}}_s \) ,que es la responsable de acelerar al auto .
en cambio \( \vec{\mathbf{f}}_e \) es la responsable de que el auto doble. Tiene diferente dirección relativa a los neumáticos....
Como te dije antes, es muy difícil que elimine todos los rozamientos el peralte, pero si los hace mínimos, e idealmente puede hacerlos nulos, si se circula por el radio medio diseñado a la velocidad sugerida.
Unos cuantos años como jefe de una ITV , te dejan así, explicando cosas como estas...
