¿Cómo es posible que el centro de gravedad de un automóvil se mueva hacia adelante o hacia atrás dependiendo de si está frenando o acelerando?

El centro de gravedad del automóvil no cambia, hablando estrictamente, durante la aceleración y la desaceleración, digamos para el combustible en el tanque y otros objetos en movimiento, como ya se señaló en las otras respuestas. Sin embargo, durante la aceleración, la rueda trasera se empuja con más fuerza hacia el suelo, ya que estoy seguro de que la mayoría de ustedes pueden visualizarla. Para la desaceleración, es la rueda delantera. Parece que el centro de masa se desplazaría hacia atrás o hacia adelante.

Esto puede explicarse fácilmente considerando el equilibrio de fuerza y, aquí viene la palabra mágica, equilibrio de torque.

Digamos que pones los frenos cuando conduces. La fuerza de desaceleración del automóvil se debe a la fricción entre las ruedas y la carretera. Teniendo en cuenta la posición donde se aplica la fuerza al automóvil, la dirección de la fuerza y ​​el centro de gravedad, esta desaceleración provoca un par al automóvil. Como el automóvil no se voltea, este par se equilibra con otro par debido a cargas desiguales en las ruedas delanteras y traseras.

Si conoce física básica, esto debería ser fácil de resolver. Si no, pruebe el siguiente experimento que capta algunos aspectos del problema real:

Coloque su teléfono celular sobre la mesa y deje que represente un automóvil desde un costado para que los bordes cortos estén atrás y adelante y los bordes largos estén arriba y abajo. Coloque un borde largo hacia usted y deje que represente la parte inferior del automóvil. Ahora conduzcamos. Intente empujar su automóvil hacia adelante suavemente con su dedo aplicando la fuerza donde se aplicaría en el mundo real: en las ruedas. En el caso de su teléfono celular, presione su dedo perpendicularmente hacia el final de un borde corto. ¿Lo que pasa? Su teléfono celular se vuelca como en algunos de esos videos de autos de carrera de arrastre. Esto se debe al torque. Ahora, intente contrarrestar la aceleración aplicando más fuerza a una rueda. Básicamente, coloca otro dedo en el borde largo y presiona allí. (Descubrirás qué rueda probar).

Sugiero hacer el tanque de gasolina en forma de ( girado 90 grados a la izquierda).
Esto haría que la gasolina suba y avance al frenar, y que suba y retroceda al acelerar. Es más eficiente que simplemente hacer que fluya hacia adelante o hacia atrás.

El piso con asientos también puede patinar en un conjunto de rieles de forma similar. Estos rieles deben hacer que el piso suba y avance / retroceda mientras se mantiene paralelo al suelo (o, tal vez, gire ligeramente hacia la izquierda mientras se frena, lo que se siente más cómodo; esto se hace agregando un poco de asimetría a los rieles).

En realidad, todo el cuerpo del automóvil puede hacer este movimiento, si el automóvil tiene un marco separado.

Teóricamente, considerando que todo el vehículo es un cuerpo rígido, su CG nunca se mueve hacia adelante o hacia atrás. Pero en el caso real, todas las masas sueltas, como el conductor, el combustible, el equipaje suelto y los pasajeros contribuyen al cambio instantáneo de CG.
La suspensión también hace que la masa suspendida se incline hacia adelante durante el frenado y se incline hacia atrás durante la aceleración. Esto da como resultado un cambio instantáneo de CG hacia adelante o hacia atrás.

El centro de gravedad depende de la distribución de masa y, por lo tanto, el desplazamiento del centro de gravedad se produce cuando hay 1) masa agregada / eliminada y / o 2) reubicación de la masa. Con un automóvil, podría pensar en una forma en que el centro de gravedad cambia utilizando el caso 2: Digamos que está conduciendo una camioneta por la carretera y tiene mucho equipaje apilado en la parte trasera … De repente, debe detenerse de inmediato, y entonces pisas los frenos y el auto se desacelera … La repentina desaceleración hace que el equipaje apilado se caiga y termine hacia el medio de la camioneta. Aquí, tenemos un cambio en la desaceleración que causa el reposicionamiento de la masa, lo que lleva a un cambio en el centro de gravedad.

Probemos una explicación más simple.

La fuerza para acelerar o desacelerar se logra por contacto con la carretera. Como esta fuerza no está en línea directa con el centro de masa, el automóvil experimenta un componente rotacional en su masa cuando se aplican estas fuerzas.

Debido a que la suspensión tiene resortes, el automóvil se mueve hacia abajo o hacia abajo en respuesta a esa fuerza de rotación. Ese es su “centro de equilibrio” cambiante.