Siła dośrodkowa i ruch po okręgu

Pytanie

Pyta CRPW

Czy aby obliczyć maksymalną siłę dośrodkową można użyć wzoru na tarcie, gdzie współczynnikiem jest współczynnik tarcia opon o asfalt? Jak ma się do tego bezwładność (w ruchu jednostajnym po okręgu)? Dlaczego samochód w ruchu jednostajnym po okręgu może „wylecieć” z zakrętu, skoro wszystkie siły się równoważą?

Odpowiedź

Odpowiada Andrzej Okołów

W układzie odniesienia $\cal U$ trwale związanym z powierzchnią Ziemi, względem którego samochód porusza się, siły działające na samochód nie równoważą się. Podczas jednostajnego ruchu po jezdni tworzącej okrąg na samochód działa wyłącznie siła dośrodkowa (jeżeli zaniedbamy opór powietrza). Gdy ta siła osłabnie, np. wskutek mniejszego tarcia pomiędzy asfaltem a oponami, samochód „wylatuje” z jezdni.

Natomiast w układzie odniesienia ${\cal U}’$ współporuszjącym się z samochodem, czyli takim, względem którego samochód niezmiennie spoczywa, pojawiają się siły bezwładności działające na wszystkie ciała. W tym układzie na samochód działa siła dośrodkowa (ta sama, co w układzie ${\cal U}$) i siła bezwładności w postaci siły odśrodkowej — te dwie siły równoważą się, co umożliwia spoczynek samochodu względem układu ${\cal U}’$.

Odnośnie jezdni, po której w układzie ${\cal U}$ porusza się samochód: w układzie ${\cal U}’$ to owa jezdnia porusza się względem samochodu pod działaniem sił bezwładności — tak długo, jak w układzie ${\cal U}$ trwa jednostajny ruch samochodu po jezdni, w układzie ${\cal U}’$ na jezdnię działa niezerowa siła bezwładności w postaci sumy siły odśrodkowej i siły Coriolisa. Osłabnięcie siły dośrodkowej działającej na samochód powoduje zmianę sił bezwładności działających na jezdnię i z punktu widzenia układu ${\cal U}’$ w skutek tej zmiany jezdnia „wylatuje” spod spoczywającego samochodu.