題:
汽車可以在無摩擦的表面上行駛嗎?
Geremia
2014-11-24 22:36:58 UTC
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汽車的前輪胎是否像陀螺儀那樣工作,以使汽車可以在無摩擦的表面上轉向?

是否有提供空氣阻力的氣氛或處於真空狀態?如果存在大氣和阻力,則汽車要想繼續前進,就不能超過其最初的魔術“推力”,就必須具有推力,如果具有功能推力,則任何改變其方向的陀螺儀動作都將使其轉向(“漂移”)。“也許更準確)。
六 答案:
Emilio Pisanty
2014-11-24 22:48:46 UTC
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否,汽車不能在無摩擦的表面上行駛。這與陀螺儀的動作無關,而與動量的守恒有很大關係:轉彎時,即使在保持速度的情況下,汽車也需要與運動成直角地加速,從而改變運動的總動量。動量的這種變化需要一個力,該力在正常道路上最終由輪胎和道路之間的摩擦力提供。在沒有摩擦的情況下,汽車輪胎會相對於其旋轉(即沿軸線)側滑,而不會影響汽車的慣性。

需要注意的是,由於陀螺效應,汽車確實可以任意改變其面對的方向。最簡單的方法是在汽車內部安裝一個帶有水平軸的大飛輪,其質量至少與汽車的質量相當。如果隨後嘗試在汽車內 內旋轉飛輪的軸,則由於飛輪中保留了大量角動量,因此將汽車繞飛輪旋轉。 (這也會在汽車上繞水平軸產生扭矩,但是可以通過表面上的法向力抵消該扭矩。)但是,即使您設法將汽車從其運動方向旋轉90°,它也會繼續

另外,如其他答案所述,如果汽車能夠以任何有意義的方式與空氣互動(通過空氣)進氣和排氣,或者通過將其凸起用作風帆,或者通過支撐實際風帆-那麼它的確會受到外力的影響,並且能夠改變其運動方向。同樣,如果汽車能夠甩開岩石,撞到其他汽車或使用火箭推進器,那麼它就能轉向。不過,我認為這不能直接回答問題的核心。

如果轉向會導致車內重量轉移怎麼辦?
僅@Discipol內部重量移動無法產生淨力。您將無法更改相對於無摩擦平面的軌跡。
但是要轉移重量需要力,是嗎?
您可能會使用陀螺儀旋轉汽車,但最終還是會導致汽車的行駛方向與以前相同。只是側身。
你可以用火箭推進。
左右旋轉旋轉的輪胎時確實會產生力-但該力要么向上進入車輪,要么在地面向下。
可以在不改變車輛角動量的情況下改變其前進方向。如果一個大飛輪的垂直軸穿過汽車的質心,則使用汽車內的扭矩使汽車開始旋轉會導致汽車開始向相反方向旋轉。當車輛接近期望的航向時,在車輛內使用扭矩將停止車輛的旋轉,同時車輛朝新的方向行駛。此外,如果車輛有多個支撐點,則這些支撐點可能會產生圍繞水平軸的扭矩...
...然後可以與繞不同水平軸旋轉的陀螺儀相互作用,從而產生繞垂直軸的旋轉加速度。
@supercat,但從遠處看,汽車仍將沿直線行駛(如果您繪製了隨時間變化的CoM)
您也可以像氣墊船這樣的大粉絲。
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@supercat我認為大多數人都將“轉向”理解為意味著改變運動方向,而不僅僅是改變車輛的[attitude](http://en.wikipedia.org/wiki/Attitude_control),這似乎是有道理的OP就是問題所在。
@EmilioPisanty:我可以看到期望像陀螺儀一樣工作的輪胎如何實現姿態控制,但是我看不到它們如何會影響運動。
@supercat除非OP可以考慮問題的確切含義,否則我們必須同意不同意。
@EmilioPisanty:我不認為汽車的前輪(在無摩擦的表面上)不能改變汽車的指向方向,因為這些前輪不能自由地與轉向方向成直角,因為汽車無法傾斜(如摩托車可以)。您將需要在車輛中安裝陀螺儀,並且它必須自由傾斜。它需要存儲的*數量*將取決於其角動量。
[示例刪除的問題](http://physics.stackexchange.com/questions/265405/double-atwood-machine-alternate-solution-is-wrong)
BjornW
2014-11-24 22:49:39 UTC
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如果車輪旋轉得足夠快以使陀螺效應變得明顯,那麼在無摩擦表面(根本沒有表面的情況下)的唯一結果是,當您轉動車輪時,汽車的其餘部分會旋轉而不僅僅是前輪:)

您需要一些反作用力來改變軌跡,例如風帆,表面摩擦或推進器。

值得一提的是,後輪將在陀螺儀抵抗“前陀螺儀”試圖施加的任何運動時起作用……但是,是的,您可以更改汽車指向的方向,但不能提供所需的橫向力,例如,“拐彎”。
Dennis Jaheruddin
2014-11-25 16:24:26 UTC
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是的

真正的汽車實際上是有可能的,但是您必須非常有耐心地轉向一點。

假設您用大前輪上的動力可產生陀螺效應。如果旋轉車輪,質心的行進方向不會直接改變,但其餘身體所指向的角度會改變。

現在,我們使用汽車的另一個屬性:通常,他們在前面進氣,而在後面排氣。這會產生一個大致指向轎廂前部的淨力。因此,您可以通過轉動車輪使汽車稍微轉彎,因此可以更改此力的方向,最終可以使汽車向左或向右移動。

添加到這;如果有空氣,則當車身改變方向時,汽車的空氣動力學特性也有助於轉向。特別是如果有一條鰭。
還應注意,如果將車輪向左旋轉,則汽車將向右旋轉,因此轉向將反向。
如果它確實無摩擦,那麼沒有外力就無法改變汽車的重心。您可以肯定地更改其方向,但是除非有風帆,否則它仍將朝相同的方向前進。
-1
車輛排氣作為推進器?多麼奇妙的概念。
iantresman
2014-11-25 05:25:03 UTC
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由於沒有摩擦,因此不會影響任何可能作用在汽車上的力。

  1. 汽車上的風向可能會改變其軌跡,因為任何駕駛員在強風行駛時都會證明。轉動車輪可能會對力的合力方向產生輕微影響。

  2. 如果汽車的車頂彎曲,則可能充當機翼。將汽車放到兩個輪子上(例如,在道路上撞石頭)可以更改舉升方向,並且可以用與操縱飛機類似的方式來操縱汽車。

  3. 如果您打開車窗並扔東西(或開槍),那麼牛頓第三定律將使汽車向相反方向移動。

  4. 排氣管起噴氣火箭的作用。如果您安裝了軟管,則可以將軟管指向不同的方向並以這種方式操縱汽車。

  5. 如果您將帆掛在屋頂上,則可以通過電線控制車輪,像船一樣轉向。

  6. ol>
即使您忽略了空氣阻力,3.和4.仍然可以工作。5.本質上是冰遊艇背後的原理。
帆帆是否需要一些阻力才能允許“轉向”?例如。冰遊艇上的跑步者,船上的船體/水交互作用?否則你會隨風而去嗎?
這是有道理的,除非風帆起著機翼的作用,而車輛起起飛機的作用?
200_success
2014-11-25 03:30:46 UTC
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摩擦力是唯一會導致汽車沿著不同的路徑行駛的力。在無摩擦的表面上,陀螺效應可能會稍微改變汽車的方向,但不會改變汽車的軌跡。換句話說,前車不再指向行駛方向,而是“打滑”。 (也就是說,如果您可以將無摩擦的側向運動稱為“打滑”。)

Albert
2014-11-25 17:42:54 UTC
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在完全無摩擦的地板上,在沒有其他外力的情況下,汽車的質心將永遠沿同一軌跡運動。因此不可能進行轉向。

但是,無論前輪是否在旋轉,前輪的轉動都會產生反扭矩,從而改變汽車的方向,儘管量很小。汽車和輪胎的方向變化將與汽車和輪胎在車輪轉向軸周圍的慣性矩成反比。

關於陀螺效應,因為車輪繞平行於地面的軸旋轉,並且車輪繞垂直於地面的軸旋轉,陀螺效應將圍繞垂直於這兩個軸的軸進行。該軸也將平行於地面。因此,假設由於車輪的小角動量而產生的陀螺效應很小,那麼唯一的影響就是汽車重量在其不同車輪上的重新分配。如果前輪旋轉得足夠快,那麼陀螺效應將產生足夠的扭矩,使汽車向一側傾倒。



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