Классификация катящихся тел в зависимости от способа качения

В зависимости от способа качения колёса транспортных устройств подразделяются на два основных типа: ведущие и ведомые. Соответствующие термины используются также для определения назначения колёс.

Колесо называется ведущим, если на его оси приложена пара сил, т. е. система из двух сил, равных по модулю, противоположных по направлению и расположенных на разных (параллельных) линиях действия. Сумма сил пары равна нулю, но момент пары отличен от нуля.

Если пару сил приложить к телу, свободному от связей, тело начинает вращаться вокруг оси, проходящей через его центр масс. Однако в случае колеса, поставленного на опорную поверхность при наличии сцепления, поворот под действием пары сил будет происходить вокруг оси, расположенной в точках касания между телом и поверхностью. Таким образом, качение ведущего колеса можно рассматривать как вращение вокруг мгновенной оси под действием пары сил, момент которой равен М_вед (момент ведущей пары сил).

Колесо называется ведомым, если к нему приложена сосредоточенная сила, изображаемая одним вектором. Такая сила обычно действует на оси, проходящей через центр масс, но может быть приложена и к другим точкам колеса, например, на ободе или на дополнительном шкиве. Колесо, поставленное на опорную поверхность при наличии сцепления, начинает катиться под действием приложенной силы, поворачиваясь вокруг оси, расположенной в точках касания между телом и опорной поверхностью. Следовательно, качение ведомого колеса – так же как и ведущего – можно рассматривать как вращение вокруг мгновенной оси под действием силы, момент которой определяется произведением модуля приложенной силы и её плеча, т. е. расстояния от мгновенной оси до линии действия силы.

Кроме указанных выше двух способов качения, необходимо отметить третий случай, который условно называется качением тел по инерции. Такое движение, например, происходит, если на ведомом колесе прекращается действие приложенной к нему силы и не включается какое-нибудь специальное тормозное устройство. Следует также отметить, что названия: ведущие, ведомые и тела, катящиеся по инерции – справедливы для тел любой формы.