Moto di rotolamento
Ciao a tutti, sono un ragazzo iscritto al primo anno di ingegneria appassionato di matematica e fisica e mi sono iscritto al forum per chiedere una spiegazione riguardo ad un argomento di fisica, dato che sto preparando appunto l’esame, ma spero di utilizzarlo in futuro anche per approfondimenti!
Comunque, non mi è chiaro il moto di rotolamento, o meglio, in particolare il moto di un’automobile.
Da quello che mi hanno spiegato le ruote esercitano sull’asfalto una forza e ovviamente l’asfalto esercita una forza con verso contrario sulle ruote, che appunto accelerano: ora io non capisco come sia possibile che questa forza sia la forza di attrito statico, benché sappia bene che il punto di contatto della ruota è fermo; ma se appunto il punto è fermo, non deve esistere un’altra forza che annulli la prima? E l’automobile come fa a muoversi? Per la particolare struttura delle ruote? Come vedete sono molto confuso, quindi spero che qualcuno mi descriva questo moto in modo dettagliato e comprensibile.
Comunque, non mi è chiaro il moto di rotolamento, o meglio, in particolare il moto di un’automobile.
Da quello che mi hanno spiegato le ruote esercitano sull’asfalto una forza e ovviamente l’asfalto esercita una forza con verso contrario sulle ruote, che appunto accelerano: ora io non capisco come sia possibile che questa forza sia la forza di attrito statico, benché sappia bene che il punto di contatto della ruota è fermo; ma se appunto il punto è fermo, non deve esistere un’altra forza che annulli la prima? E l’automobile come fa a muoversi? Per la particolare struttura delle ruote? Come vedete sono molto confuso, quindi spero che qualcuno mi descriva questo moto in modo dettagliato e comprensibile.
Risposte
Ciao, benvenuto nel forum.
Considera dapprima una situazione, puramente ideale ma più semplice, di un disco perfettamente rigido, che esegue un moto di rotolamento puro su un piano orizzontale rigido e scabro.
Rotolamento puro significa che nel punto di contatto non c’è moto relativo tra disco e piano. Se il centro del disco si sposta di un tratto $ds$ rispetto al piano, questa è anche la lunghezza dell’arco di circonferenza descritto dal disco che rotola, a cui corrisponde l’angolo al centro $d\theta=(ds)/R$ . Da qui, per derivazione rispetto al tempo, si ricavano velocità ed (eventuale) accelerazione.
Ora, se all’asse del disco è applicato un momento motore, come nella ruota posteriore della bicicletta, a cui il momento motore è applicato da catena e ingranaggio, succede che il disco si “impunta” sul piano, applicando una forza di attrito statico (visto che non c’è moto relativo tra disco e piano) , e il piano per reazione agisce con una forza uguale e contraria sul disco: questa è la forza motrice che accelera il disco. Naturalmente l’attrito tra disco e piano deve essere sufficiente, onde evitare slittamento. La situazione è identica a quando cammini: tu spingi indietro la terra, e la terra spinge te in avanti. Ma sul ghiaccio scivoli, come scivola una macchina “ quando vuole accelerare “ .
Usa la funzione “cerca...”, in alto a destra, e digita “rotolamento puro” : troverai migliaia di risposte. Guarda soprattutto questo sito dell università di Pavia:
http://fisica.unipv.it/didattica/attrito/Geometria.htm
Considera dapprima una situazione, puramente ideale ma più semplice, di un disco perfettamente rigido, che esegue un moto di rotolamento puro su un piano orizzontale rigido e scabro.
Rotolamento puro significa che nel punto di contatto non c’è moto relativo tra disco e piano. Se il centro del disco si sposta di un tratto $ds$ rispetto al piano, questa è anche la lunghezza dell’arco di circonferenza descritto dal disco che rotola, a cui corrisponde l’angolo al centro $d\theta=(ds)/R$ . Da qui, per derivazione rispetto al tempo, si ricavano velocità ed (eventuale) accelerazione.
Ora, se all’asse del disco è applicato un momento motore, come nella ruota posteriore della bicicletta, a cui il momento motore è applicato da catena e ingranaggio, succede che il disco si “impunta” sul piano, applicando una forza di attrito statico (visto che non c’è moto relativo tra disco e piano) , e il piano per reazione agisce con una forza uguale e contraria sul disco: questa è la forza motrice che accelera il disco. Naturalmente l’attrito tra disco e piano deve essere sufficiente, onde evitare slittamento. La situazione è identica a quando cammini: tu spingi indietro la terra, e la terra spinge te in avanti. Ma sul ghiaccio scivoli, come scivola una macchina “ quando vuole accelerare “ .
Usa la funzione “cerca...”, in alto a destra, e digita “rotolamento puro” : troverai migliaia di risposte. Guarda soprattutto questo sito dell università di Pavia:
http://fisica.unipv.it/didattica/attrito/Geometria.htm
Grazie per la risposta, ora è più chiaro, ma ho altre domande.
So che nel moto circolare la forza d’attrito statico può essere forza centripeta... sai dirmi per quale motivo o come riuscirei a figurarmelo?
Immaginiamo un’automoile in moto rettilineo uniforme, nessun attrito se non quello statico tra pneumatici e asfalto, osservatore inerziale, l’auto non è soggetta ad alcuna forza giusto? E dovrebbe continuare il suo moto per sempre no? Se si a cosa si bilancia la forza di attrito statico tra ruote e asfalto se nessun altra forza è applicata? A questa mi sono risposto dicendo che non si bilancia a nessuna forza, o meglio genera una decelerazione delle ruote per un osservatore sull’automobile per far sì appunto che tra asfalto e ruota non ci sia moto... è corretto?
Se non c’è attrito statico non è possibile il moto di rotolamento, ma allora perché in certi esercizi sulle curve sopraelevate la forza centripeta è data solo dalla componente della normale e non appunto anche dalla forza di attrito statico?
grazie a chiunque mi saprà aiutare
So che nel moto circolare la forza d’attrito statico può essere forza centripeta... sai dirmi per quale motivo o come riuscirei a figurarmelo?
Immaginiamo un’automoile in moto rettilineo uniforme, nessun attrito se non quello statico tra pneumatici e asfalto, osservatore inerziale, l’auto non è soggetta ad alcuna forza giusto? E dovrebbe continuare il suo moto per sempre no? Se si a cosa si bilancia la forza di attrito statico tra ruote e asfalto se nessun altra forza è applicata? A questa mi sono risposto dicendo che non si bilancia a nessuna forza, o meglio genera una decelerazione delle ruote per un osservatore sull’automobile per far sì appunto che tra asfalto e ruota non ci sia moto... è corretto?
Se non c’è attrito statico non è possibile il moto di rotolamento, ma allora perché in certi esercizi sulle curve sopraelevate la forza centripeta è data solo dalla componente della normale e non appunto anche dalla forza di attrito statico?
grazie a chiunque mi saprà aiutare
Prima domanda : se un auto segue una curva, la forza di attrito tra gomme e strada funge da forza centripeta, impedendo all’auto di “andare per la tangente”, se la velocità è bassa e l’attrito è sufficiente . Fa’ una ricerca anche su questo, ne abbiamo parlato molte volte.
Seconda domanda : In un auto reale, le gomme si deformano, c’è attrito volvente tra esse e l’asfalto, e c’è la resistenza dell’aria, che è notevole; quindi c’è bisogno di potenza per avere velocità costante, perché si consuma comunque energia.
Terza domanda: nel caso ideale, non c’è bisogno di forza di attrito per mantenere un disco in rotolamento a velocità costante, sia liscio o scabro il piano, la forza di attrito è nulla.
Imparerai tutto, per bene, nel corso di fisica.
Seconda domanda : In un auto reale, le gomme si deformano, c’è attrito volvente tra esse e l’asfalto, e c’è la resistenza dell’aria, che è notevole; quindi c’è bisogno di potenza per avere velocità costante, perché si consuma comunque energia.
Terza domanda: nel caso ideale, non c’è bisogno di forza di attrito per mantenere un disco in rotolamento a velocità costante, sia liscio o scabro il piano, la forza di attrito è nulla.
Imparerai tutto, per bene, nel corso di fisica.
ma quindi un disco ideale non necessita di forza di attrito statico per non slittare? ma se considero un’automobile diciamo ideale a velocità costante diversa da zero, il punto di contatto della ruota con l’asfalto deve essere decelerato per poter essere fermo rispetto appunto l’asfalto, altrimenti ci sarebbe moto relativo... dove sbaglio ?
Disco ideale, o auto con ruote ideali, senza resistenza al moto, sono la stessa cosa. Sbagli nel pensare che occorra “decelerare “ affinché nel punto di contatto non ci sia moto relativo.
Supponi di lanciare una boccia, con una certa velocità angolare iniziale, sulla superficie liscia di un lago ghiacciato. La boccia conserva la velocità angolare, e trasla con velocità $v=\omegaR$, in teoria per sempre.
Ti è mai caduta una moneta in un lungo corridoio, ad es in un supermercato? Rotola rotola rotola, sembra non fermarsi mai!
Supponi di lanciare una boccia, con una certa velocità angolare iniziale, sulla superficie liscia di un lago ghiacciato. La boccia conserva la velocità angolare, e trasla con velocità $v=\omegaR$, in teoria per sempre.
Ti è mai caduta una moneta in un lungo corridoio, ad es in un supermercato? Rotola rotola rotola, sembra non fermarsi mai!
Per capirsi, viaggiare in auto su strada ghiacciata è pericoloso quando si accelera/decelra, non quando si va a regime..proprio perché quando si accelera, la strada non potendo garantire aderenza, fa slittare la macchina, mentre a regime non c'è problema per quanto detto.
Accelerare o frenare sul ghiaccio, dove l’attrito è praticamente nullo, causa il moto relativo tra ruote e ghiaccio, e cioè lo slittamento. Leggi il par. 7.8 di questa buona dispensa:
http://www.dmf.unisalento.it/~panareo/D ... rigido.pdf
http://www.dmf.unisalento.it/~panareo/D ... rigido.pdf
Accedi a tutti gli appunti
Tutor AI: studia meglio e in meno tempo