wrijving sportrolstoel

[Chatelier]

Hallo, je weet wel van die sportrolstoelen waar de wielen schuin zijn geplaatst. Dit heeft verschillende voordelen en dat weet ik, maar ik wil het eens hebben over de krachtvectoren. Als de rolstoeler een bocht neemt, werkt er een centripetale kracht, die volgens mij geleverd moet worden door de wrijving. Maar wordt de normaalkracht op het buitenste wiel niet groter, waardoor de wrijvingskracht ook vergroot? Ik beschouw hier een kracht naar buiten gericht en denk dat ik daar verkeerd ben, niet?

[Jan van de Velde]

omdat de rolstoeler een zwaartepunt heeft dat ruim boven de vloer zit ontstaat er een moment rondom dat contactpunt van dat buitenbochtwiel, en ja, dat zorgt voor een grotere normaalkracht op dat wiel. De maximale wrijvingskracht op dat wiel wordt dus ook groter.
Maar die wrijvingskracht is nog steeds naar binnen gericht, en is de enige kracht die de rolstoeler de bocht in kan trekken.

[Anton_v_U]

Jan legt het helder uit: een grotere normaalkracht betekent een grotere maximale wrijvingskracht. 
 
Dat is wat anders dan een grotere wrijvingskracht. Pas als de wrijvingskracht die nodig is om het ding in de bocht te houden groter is dan de maximale wrijvingskracht, merk je de betekenis van het begrip maximale wrijvingskracht ook in de praktijk want het voertuig zal dan slippen.

[Chatelier]

omdat de rolstoeler een zwaartepunt heeft dat ruim boven de vloer zit ontstaat er een moment rondom dat contactpunt van dat buitenbochtwiel, en ja, dat zorgt voor een grotere normaalkracht op dat wiel.

Maar hiervoor hoeven de wielen niet schuin te staan?
En stel dat je de rolstoel aan de zijkant duwt met een horizontale kracht, zodat de wielen dus slippen, is er aan het buitenste wiel dan een kracht naar de grond toe volgens de richting van dat schuine wiel?

[Anton_v_U]

Maar hiervoor hoeven de wielen niet schuin te staan?

 
Nee dat hoeft niet.
 
De kracht van de vloer op het rolstoelwiel bestaat uit een normaalcomponent en een wrijvingscomponent. De resultante kracht op de rolstoel worden bepaald door de wrijvingskrachten (die helpen het ding de bocht om), de normaalkrachten heffen gezamenlijk de zwaartekracht op.
 
In de bocht ontstaat een moment dat het ding naar buiten wil laten kantelen omdat de middelpuntzoekendekracht op het hogere massamiddelpunt werkt en de wrijvingskracht onderaan bij de wielen. Dit wordt teniet gedaan door meer gewicht aan de buitenkant uit te oefenen (dus ook een hogere normaalkracht aan de buitenkant). Aan de binnekant is dan minder gewicht.
 
 
Als de hoek te scherp is, dan oefent de rolstoel aan de binnenkant helemaal geen gewicht meer uit op de vloer en dan zal de rolstoel kantelen om het buitenste wiel.
 
De truc van "in de bocht hangen" voorkomt dat de boel kantelt. De zwaartekracht zal dan een groter moment uitoefenen ten opzichte van het kantelpunt (buitenste wiel) die het naar buiten kantelen tegengaat.
 
Schuine wielen helpen dus alleen als heel de rolstoel schuin hangt en het zwaartepunt naar de binnenkant van de bocht wordt verplaatst. Dat kun je deels oplossen met vering. Net als een "eend", oude citroën 2CV die je verrassend hard een bocht in kunt sturen doordat hij schuin in de bocht hangt.

[Chatelier]

En stel dat je de rolstoel aan de zijkant duwt met een horizontale kracht, zodat de wielen dus slippen, is er aan het buitenste wiel dan een kracht naar de grond toe volgens de richting van dat schuine wiel?

Je kan ook een ander voorwerp bedenken, bv. een stoel met schuine poten (beneden verder uit elkaar van vanboven), als je die horizontaal duwt, is er dan een kracht volgens de buitenste poten schuin naar de grond toe?

[Anton_v_U]

De richting van de poten maakt niet uit. Dat je schuin in een bocht hangt heeft te maken met een momentenevenwicht dat voorkomt dat je omkantelt.
 
Over de richting van de kracht van de grond op de poten:
De normaalkracht is altijd loodrecht naar beneden en gelijk aan het gewicht dat de poot op de grond uitoefent.
De wrijvingskracht is altijd langs het oppervlak gericht. 
 
Als er wrijving is, is de totale kracht van het oppervlak op de poten is dus schuin omhoog (vectorsom van wrijvingskracht en normaalkracht). Deze richting wordt niet veroorzaakt door schuine poten. De gewichtsverdeling over de poten heeft evenals het schuin hangen in de bocht te maken met een momentenevenwicht. 
 
Terug naar de rolstoel: als het ding netjes de bocht om gaat zal:

• de totale normaalkracht de zwaartekracht opheffen (hij vliegt niet de lucht in noch zakt hij de grond in)
• de totale wrijvingskracht de middelpuntzoekende kracht leveren die nodig is voor de bocht (versnelling naar binnen toe)
• de gewichtsverdeling over de wielen en daarmee ook de van de normaalkracht bepaald worden door het momentenevenwicht zolang hij niet omkantelt

[Chatelier]

 
De richting van de poten maakt niet uit. Dat je schuin in een bocht hangt heeft te maken met een momentenevenwicht dat voorkomt dat je omkantelt.
 
Over de richting van de kracht van de grond op de poten:
De normaalkracht is altijd loodrecht naar beneden en gelijk aan het gewicht dat de poot op de grond uitoefent.
De wrijvingskracht is altijd langs het oppervlak gericht. 
 
Als er wrijving is, is de totale kracht van het oppervlak op de poten is dus schuin omhoog (vectorsom van wrijvingskracht en normaalkracht). Deze richting wordt niet veroorzaakt door schuine poten. De gewichtsverdeling over de poten heeft evenals het schuin hangen in de bocht te maken met een momentenevenwicht. 
 
Terug naar de rolstoel: als het ding netjes de bocht om gaat zal:

• de totale normaalkracht de zwaartekracht opheffen (hij vliegt niet de lucht in noch zakt hij de grond in)
• de totale wrijvingskracht de middelpuntzoekende kracht leveren die nodig is voor de bocht (versnelling naar binnen toe)
• de gewichtsverdeling over de wielen en daarmee ook de van de normaalkracht bepaald worden door het momentenevenwicht zolang hij niet omkantelt

 

Dat begrijp ik helemaal, maar mijn vraag was eigelijk, stel dat je een voorwerp duwt (horizontale kracht) waarvan de voetsteunen schuin naar buiten staan, is de kracht van die steunen op de grond dan volgens de richting van die schuine steunen, of evenwijdig met de horizontale kracht waarmee je duwt?

[Anton_v_U]

 

Als er wrijving is, is de totale kracht van het oppervlak op de poten is dus schuin omhoog (vectorsom van wrijvingskracht en normaalkracht). Deze richting wordt niet veroorzaakt door schuine poten.

 

 

 stel dat je een voorwerp duwt (horizontale kracht) waarvan de voetsteunen schuin naar buiten staan, is de kracht van die steunen op de grond dan volgens de richting van die schuine steunen, of evenwijdig met de horizontale kracht waarmee je duwt?

 
 
geen van beide want de kracht van de steunen op de grond is even groot en tegengesteld gericht aan de kracht van de grond op de steunen (3e wv Newton)