¿Por qué la “fuerza” no produce aceleración?

La fuerza neta produce aceleración. Y para responder a su pregunta, realmente no puede ignorar la fricción. El problema que tienes es triple.

En primer lugar, a medida que avanzas más rápido aumentan las fuerzas opuestas. La resistencia al aire, la fricción de rodadura, la fricción de los rodamientos se agrandan.

En segundo lugar, por mucho que pienses que estás aplicando una fuerza constante a medida que aceleras, la fisiología humana sugeriría lo contrario. Cuando los pedales comienzan a zumbar demasiado rápido, la fuerza que los músculos pueden ejercer sobre los pedales disminuye rápidamente. Esto se puede ayudar cambiando la marcha para reducir la velocidad de pedaleo a una más eficiente, pero uno puede quedarse sin relaciones de marcha si tiene una velocidad particularmente alta.

En tercer lugar, cualquier pendiente. Cualquier pendiente cuesta arriba requiere una fuerza constante solo para continuar viajando a una velocidad constante. La fuerza requerida es proporcional al seno del ángulo de la pendiente.

Sospecho que el componente que has estado subestimando es el segundo.

Parece que tienes una definición diferente sobre fuerza y aceleración . Mira esto

[matemáticas] a = \ frac {\ sum F} {m} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ frac {\ Delta v} {\ Delta t} = \ frac {\ sum F} {m} [/ matemáticas]

Si quieres descuidar cualquier tipo de fricción, está bien. Hace que este problema sea más fácil de responder.

Justo al grano, Net Force cambiará la velocidad (o velocidad ) y producirá aceleración .

Hay un retraso en el tiempo entre tu pie derecho e izquierdo mientras das fuerzas . Siempre cambiará su velocidad , no podrá mantener su velocidad en una magnitud constante. Significa que siempre acelerará su bicicleta.

Por cierto, si todavía no estás seguro. Mueve tu bicicleta en zigzag. La fuerza es un vector , al igual que la aceleración . Vector no solo se trata de la magnitud, sino también de la dirección. Cuando gira su bicicleta hacia la derecha o hacia la izquierda, está aplicando una fuerza , significa que está cambiando la velocidad y le da aceleración a su bicicleta.

Si no le estás dando fuerza a tu bicicleta, no estás cambiando tu velocidad y no estás cambiando tu dirección, entonces simplemente no puedes acelerar . No importa lo rápido que vayas.

“Al andar en bicicleta, aplico fuerza y ​​fuerza en los pedales y no obtengo aceleración más allá de una velocidad limitada. ¿Por qué?”

Por definición, la fuerza desequilibrada es la tasa de cambio de momento, es decir, una fuerza desequilibrada produce una aceleración. Se deduce que si no tienes aceleración, entonces las fuerzas totales sobre el objeto deben ser equilibradas.

Por ejemplo, puedes empujar contra una pared de piedra resistente todo lo que quieras y no se moverá un poco. Esto se debe a que la pared empuja hacia atrás con una fuerza que equilibra la fuerza que aplica.

“ Responda la pregunta mientras ignora las fuerzas de resistencia. Podemos suponer la ausencia de resistencia al aire / fricción, etc. ”… ¿cómo determinó que era una buena suposición?

Puede demostrar que debe existir una fuerza opuesta porque, cuando deja de pedalear, disminuye la velocidad. Si trazó su velocidad en función del tiempo, vería que no sigue una línea recta, lo que significa que la fuerza de resistencia depende de la velocidad que esté haciendo.

… Si su modelo de realidad no incluye fuerzas de resistencia, entonces está en lo correcto: ese modelo no puede explicar el fenómeno que describe. No describe la realidad, por lo tanto, está mal. Desecharlo a favor de las fuerzas de resistencia.

Una bicicleta tiene una resistencia debido a la fricción, la resistencia al aire y la resistencia a la rodadura (proviene de deformar los neumáticos cuando giran contra la carretera) … cuya suma es proporcional a su velocidad.

Si tiene una bicicleta de alta tecnología y va lentamente, entonces la fricción y la fricción serán pequeñas, es cierto, pero sus neumáticos aún se deforman al menos tanto en contacto con la carretera … por lo que esta fuerza de resistencia no será insignificante.

Cuanto más rápido vayas, mayor será la resistencia hasta que, finalmente, la resistencia sea la misma que la fuerza máxima que puedes aplicar y es todo lo que puedes hacer para mantener la misma velocidad.

Este es el mismo proceso que produce la velocidad terminal cuando cae.

Aquí otra discusión donde se supone cero fricción y arrastre:
En un plano nivelado sin fricción, ¿rodará un cilindro para siempre?

Bueno, solo hay 2 formas en que puede ocurrir el escenario que describe:

1. Resistencia de arrastre de aire o rodadura o fricción del eje, que ha descartado.
2. Estás montando cuesta arriba, de modo que todo tu trabajo se dedica a aumentar tu energía potencial gravitacional.

Si afirmas que ninguno de los dos ocurrió, no te creo.

¡Bueno, la respuesta es que la resistencia al aire, la fricción y la lucha contra la gravedad cuando vas cuesta arriba es exactamente la razón por la que no aceleras! En ausencia de estas fuerzas externas, aceleraría para siempre (bueno, en realidad, necesita fricción: cuando pedalea, conduce las ruedas, ejercen una fuerza hacia adelante a través de la fricción con la carretera).

Minimizar la resistencia del aire es la ocupación principal de los ingenieros mecánicos que diseñan sistemas de transporte. Es por eso que las carrocerías de automóviles se prueban en túneles de viento. El uso de formas más aerodinámicas, así como el uso de materiales más ligeros y, por supuesto, los motores híbridos son los principales impulsores del mayor kilometraje en la flota de vehículos. Minimizar la resistencia del aire es la razón por la cual los trenes bala se ven así:

Minimizar la resistencia del aire es la razón por la cual las bicicletas de alta velocidad se ven así:

La minimización de la resistencia del aire es la razón por la cual el auto que posee el récord mundial de velocidad en tierra se ve así

Hyperloop de Elon Musk

viaja en un vacío parcial para minimizar la resistencia del aire y flota en el aire a alta presión para minimizar la fricción

También es importante minimizar la fricción a alta velocidad. Es por eso que los trenes maglev flotan en un campo magnético del suelo

Tenga en cuenta la nariz suave clásica para minimizar la resistencia al aire.

Entonces, no, ¡no puedes ignorar la resistencia al aire y la fricción!

Khuram, Editado

Primero, está tomando una situación real e intentando eliminar algunos factores que muy bien pueden ser significativos. Normalmente podemos eliminar estos factores complicados cuando estamos tratando de estudiar los principios fundamentales, por lo que podemos centrarnos en comprenderlos sin confundirnos con algunos de estos otros factores.

Las bicicletas tienen una resistencia a la rodadura bastante baja, por lo que creo que podemos ignorarla. Sin embargo, la resistencia del aire puede ser significativa. Por lo tanto, creo que es uno de los factores que ayuda a limitar su velocidad máxima.

No dices si estás cambiando de marcha. Al cambiar a una marcha más alta, la fuerza que aplica al pedal cambia cuando llega al volante. En las marchas más altas, la misma fuerza aplicada al pedal se transfiere a las ruedas con una fuerza menor dependiendo de la relación de marchas. Esto se debe a que la rueda ha girado más nuestra rotación. Es una relación de ventaja mecánica. Entonces, aunque estés aplicando la misma fuerza y ​​velocidades más altas, tu aceleración se reducirá. Esto significa que una fuerza de 100 en el pedal solo puede proporcionar 5 en la rueda si la relación de transmisión es 1:20; entonces, la resistencia del aire tiene un efecto más significativo. La resistencia del aire aumenta a medida que el cuadrado de la velosidad. Dependiendo de la turbulencia detrás de usted, puede ser incluso mayor que este número. Por lo tanto, la resistencia al viento a 20 millas por hora puede ser más de 400 veces mayor que a 1 milla por hora. Si puedes sentir el viento en tu cara, sabes que hay algo de resistencia allí.

Algo que no veo en las otras respuestas es la capacidad de sus piernas para moverse. A medida que alcanza una velocidad mayor, sus piernas probablemente deben moverse más rápido. En una bicicleta o piernas mueva hacia arriba y hacia abajo de un lado a otro. Se necesita esfuerzo para empujar la pierna hacia abajo y luego tirar de ella hacia arriba. Se gasta algo de energía en mover las piernas cada vez más rápido. Cuando dice que empuja con fuerza los pedales, lo que realmente siente es que está presionando con fuerza con la pierna y es muy difícil juzgar cuánto de ese esfuerzo va a mover la pierna a la velocidad más rápida en lugar de poner fuerza sobre el pedal. Creo que es obvio, que si realmente pones el pedal, deberías acelerar hasta llegar a un punto donde lo más probable es que la resistencia del aire esté limitando tu velocidad. Sin embargo, puede haber un problema con la fuerza con la que realmente está presionando el pedal. Esto es de hecho, y una pregunta interesante. Podría ser un buen tema para algo así como un proyecto de feria de ciencias si pudiera encontrar una manera de medir la fuerza real que aplica su pie al pedal.

Finalmente, un factor que es muy fácil de ignorar es nuestra percepción. Hay muchos experimentos científicos que podemos interpretar incorrectamente si usamos nuestras propias observaciones. A veces hay factores que desconocemos que entran en juego y hacen que parezca que está probando nuestra hipótesis cuando puede que no sea así. Como no nos damos cuenta de esto, no los incluimos en nuestro análisis y a veces pensamos que los resultados del experimento prueban algo diferente de lo que realmente hace.

Doy una charla en la que muestro cómo hay muchas maneras en que nuestra simple observación puede engañarnos.

Además, ya no hago esto, si conduzco muy rápido en una marcha baja, soy muy consciente de que estoy limitado a lo rápido que puedo mover mis piernas.

Saludos

Si no hubo fuerzas resistivas como usted sugiere, entonces los únicos límites sobre qué tan rápido podría ir sería la complejidad de su engranaje, para uno, y su resistencia, para ser el otro.

Ok, digamos que estás en una marcha que requiere un giro de los pedales para llegar al próximo kilómetro. Estás pedaleando a una vuelta por segundo, así que vas a 3600 km / h. Ahora suponga que espera llegar a 3700 km / h en los próximos cinco minutos.

Su energía cinética actual es 1/2 x 80 x 1,000,000 Joule. (Su velocidad es de 1000 m / s). Eso es 40 millones de julios. A 3700 km / h, su KE será de aproximadamente 42 millones de julios. Has puesto dos millones de julios en cinco minutos. ¡De ninguna manera! Llegar de 3600 a 3700 km / h te llevará todo el día y otra comida abundante.

El hecho es que si tuviera una cadena mágica y no tuviera atmósfera, podría acelerar suavemente para siempre, o hasta que se quede sin comida y muera.

De lo contrario, es la ausencia de cadenas mágicas y la presencia de atmósferas lo que limitará su aceleración.

Tienes aceleración. Acelera hasta una velocidad en la que la resistencia del aire y la resistencia al suelo contrarrestan su aceleración y continúa a una velocidad establecida, realiza un ciclo más fuerte y avanzará un poco más rápido, un ciclo más lento y disminuirá la velocidad.

Un fenómeno similar ocurre al hacer paracaidismo. Al principio, acelerará muy rápidamente, pero eventualmente alcanzará una velocidad llamada ‘velocidad terminal’ donde la aceleración hacia abajo es igual a la resistencia del aire, por lo que cae a una velocidad máxima.

Oh, qué fácil sería el ciclismo si pudiéramos ignorar las fuerzas de resistencia de una manera tan arrogante. Si alguna vez encontrara un mundo tan maravilloso, donde nunca encontraría mi progreso opuesto por el aire, la fricción o la pendiente ascendente de una carretera, qué feliz sería. Podía pedalear con la fuerza de una pulga, pero sé que sería capaz de acelerar para siempre, cada vez más rápido, aunque de forma bastante gradual.

En resumen, has respondido tu propia pregunta. No puedes acelerar más allá de cierto punto porque no puedes ignorar las fuerzas de resistencia en el mundo real.

A menos que los profesores me hayan mentido durante 4 años, una fuerza produce aceleración (siempre que el ensamblaje no esté restringido mecánicamente). La ecuación que rige es: F = ma, y ​​al resolver para a, se obtiene: a = F / m. Reconsidere su problema y cómo formula su pregunta.

La aceleración proviene de la fuerza “neta”: la suma (vector) de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto. Es probable que aunque esté aplicando fuerza, hay muchas otras fuerzas en juego que se equilibran para producir 0 fuerza neta.

Cuando comienzas a montar, parte del trabajo realizado por tus músculos se conserva en tu energía cinética y, por lo tanto, aceleras, y parte de ella se usa para superar la resistencia y la fricción. Cuanto más rápido vaya, más arrastre, de hecho, si dobla su velocidad, el arrastre aumenta 8 veces, y en algún momento el arrastre es igual a su fuerza locomotora y ya no acelera, por eso su velocidad es limitada. Si no hubiera fricción y arrastre, posiblemente podría seguir acelerando a velocidades relativistas.

Acelerar tu bicicleta necesita tu fuerza. Entonces, la fuerza que pones en los pedales se convierte en aceleración.
Otro término muy difícil es: ¡inercia! Eso significa que tu bicicleta quiere mantener su velocidad. Solo si quieres moverte más rápido tienes que darle fuerza a tus pedales.
Esa es la Mecánica clásica como Newton la encontró …

La fuerza no produce una aceleración cuando hay una fuerza de equilibrio. Por ejemplo, se caería si estuviera en el cielo, pero no en el suelo. En el suelo, sientes todo tipo de dolor causado por la estructura de tu cuerpo, equilibrando la fuerza hacia arriba del suelo. El suelo podría estar distorsionado y dejar (oh, Dios mío), huellas.

Según Newton; La fuerza es igual a la masa por la aceleración, por lo tanto, la aceleración es igual a la fuerza dividida por la masa, lo que significa que la aceleración es una función de la fuerza y ​​la masa … fin de la historia, de lo contrario, tendría que cambiar las leyes de Newton.

Porque tus músculos son incapaces de aplicar fuerza a una velocidad lo suficientemente rápida como para acelerar más que tus piernas y pies a esa velocidad. Parafraseando lo que un individuo famoso declaró: “Al acercarse a la ‘velocidad de las piernas’, su masa parece aumentar hasta el infinito”.

Si elimina la resistencia del aire, podrá acelerar hasta el punto en que simplemente no pueda pedalear más rápido.

Pero en la vida real no puede evitar la resistencia del aire y una vez que llegue a la velocidad donde la resistencia del aire es igual a la fuerza máxima que puede aplicar, habrá alcanzado su velocidad máxima.

La fuerza neta distinta de cero produce aceleración.

Si hay varias fuerzas, y el resultado neto es que se cancelan entre sí, entonces no habrá aceleración. Por ejemplo, la gravedad ejerce una fuerza sobre un cuerpo que cae, pero una vez que alcanza la velocidad terminal, ya no acelera porque la fuerza de la gravedad se cancela por la fuerza de la resistencia del aire, lo que resulta en una fuerza neta de cero. Del mismo modo, también hay resistencia del aire al andar en bicicleta, y si la fuerza del pedaleo cancela esa fuerza (y no hay otras fuerzas), entonces no habrá aceleración.

Es moementum no fuerza.