El par es una fuerza que se ejerce sobre un objeto; esta fuerza tiende a hacer que el objeto cambie su velocidad de rotación. Un automóvil depende del par motor para detenerse. Las pastillas de freno ejercen una fuerza de fricción sobre las ruedas, lo que crea un par en el eje principal. Esta fuerza impide la dirección de rotación actual del eje, deteniendo así el movimiento hacia adelante del automóvil.
Dibuja un diagrama de cuerpo libre. Un diagrama de cuerpo libre aísla un objeto y reemplaza todos los objetos externos con fuerzas vectoriales o de torsión. Esto le permite sumar fuerzas y determinar la fuerza neta y el par que actúa sobre un objeto.
Muestre todas las fuerzas que actúan sobre el vehículo cuando el conductor comienza a frenar. Existe la fuerza de gravedad hacia abajo y también la fuerza hacia arriba ejercida por la carretera. Estas dos fuerzas son iguales y opuestas, por lo que se anulan entre sí. La fuerza restante es la fuerza de fricción ejercida por la carretera, que actúa horizontalmente en dirección opuesta al movimiento del vehículo. Como ejemplo, suponga que está analizando un Jeep de 2000 kilogramos que acaba de comenzar a frenar. Su diagrama mostraría dos fuerzas verticales iguales y opuestas de 19,620 Newtons, que suman cero, y una fuerza horizontal indeterminada.
Determine la fuerza horizontal de la carretera usando la segunda ley de Newton: la fuerza sobre un objeto es igual a su masa multiplicada por su aceleración. Es de suponer que usted conoce o puede obtener el peso del vehículo a partir de las especificaciones del fabricante, pero deberá calcular la tasa de desaceleración. Una de las formas más sencillas de hacer esto es asumir una tasa promedio de desaceleración desde el momento en que se aplican los frenos por primera vez, hasta el punto de liberación. La desaceleración es entonces el cambio total de velocidad dividido por el tiempo transcurrido durante el proceso de frenado. Si el Jeep pasara de una velocidad de 20 metros por segundo a 0 metros por segundo en 5 segundos, entonces su desaceleración promedio sería de 4 metros por segundo por segundo. La fuerza requerida para causar esta desaceleración es igual a 2.000 kg * 4 m / s / s, lo que equivale a 8.000 Newtons.
Calcule el par de torsión que provoca la fuerza de la carretera sobre el eje. Dado que el par es igual a la fuerza multiplicada por la distancia desde el punto de rotación, el par es igual a la fuerza de la carretera multiplicada por el radio de la rueda. La fuerza de la carretera es la reacción de torsión igual y opuesta causada por los frenos, por lo que el par de frenado es igual en magnitud y opuesto en dirección al par ejercido por la carretera. Si la rueda del Jeep tiene un radio de 0,25 metros, el par de frenado es igual a 8.000 N * 0,25 m, o 2.000 Newton-metros.
Referencias
- "Cinemática y dinámica de maquinaria"; Charles E. Wilson y J. Peter Sadler; 2003
Consejos
- Puede confundirse con el hecho de que hay varias ruedas y el vehículo distribuirá una cierta cantidad de peso sobre cada una. Sin embargo, el par total aún depende solo de la cantidad de fuerza horizontal requerida para detener el vehículo. Si hay pastillas de freno delanteras y traseras y desea saber el par ejercido por cada juego, puede estimar que cada juego aporta la mitad del par total.
Sobre el Autor
Con base en el área metropolitana de Cleveland, Ohio, Brad Painting escribe sobre temas de salud, tecnología y medio ambiente. Su experiencia incluye la redacción de materiales de formación, planes de gestión y diversos artículos para autónomos. Painting recibió una licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad de Ohio y se especializa en diseño de edificios ecológicos.