Uma propriedade notável das forças de atrito é que elas resistem ao movimento (ao contrário de outros tipos de forças, que podem resistir ao deslocamento, por exemplo, que é como uma mola se comporta).Como resultado, os freios do carro desaceleram o movimento das rodas, o que produz o movimento para a frente do carro, mas também desaceleram o movimento que produz o movimento reverso.

Se, em vez disso, você usasse outro tipo de sistema de aplicação de força para desacelerar seu carro (por exemplo, uma mola gigante), então seu carro desaceleraria, pararia e começaria a se mover para trás.

Os carros se movem porque as rodas estão girando em uma determinada direção.Os freios funcionam fazendo com que as rodas não girem, não fazendo com que girem na direção oposta.

Se, em vez de pisar nos freios, você "frear" um carro com algum outro tipo de força empurrando-o para trás, como um enorme ventilador na frente dele, então sim, ele pode começar a se mover para trás.

Friction como perda de energia em vez de force

Dois objetos que se movem um em relação ao outro têm uma energia cinética relativa proporcional à velocidade com que se movem e à rotação que sofrem.

Quando as superfícies desses objetos são pressionadas, ocorre atrito. Esse atrito é apenas um processo pelo qual essa energia cinética relativa se transforma em energia térmica, causando aumento de temperatura em ambos os objetos, e "energia sonora" (o guincho metálico que pode ser ouvido às vezes na frenagem), mas esta última parte é desprezível .

Ao aplicar isso às rodas de um carro e seus freios, vemos que os freios e as rodas não têm velocidade relativa, mas, enquanto as rodas giram, os freios não se movem, pois estão fixos no carro. Essa rotação só ocorre quando o carro está avançando.

Quando você pressiona o pedal do freio, o sistema do seu carro pressiona os freios contra a superfície de frenagem nas rodas, criando atrito e dissipando a energia cinética das rodas, o que por sua vez diminui a velocidade do carro. Como @senderle aponta em seu comentário, parte da energia dissipada pode ser reutilizada em carros, por ex. recarregar as baterias. Isso acontece até que não haja mais movimento relativo entre as rodas e os freios.

Isso significa uma de duas coisas:

1. O carro parou e as rodas pararam. Não há mais movimento relativo, então não há mais energia para dissipar. O carro não pode ir para trás porque o carro não tem energia (movimento significa energia cinética, e o carro não tem nada disso), e para fazê-lo se mover você tem que fornecer energia, não tirá-la (na mecânica clássica você não pode energia cinética negativa, então 0 é o estado de energia mais baixo)

2. O carro está derrapando (veja o comentário de @Eric Lippert).Isso significa que a energia está se dissipando apenas no atrito entre a borracha das rodas e o solo.A taxa de dissipação, neste caso, é incrivelmente inferior à da frenagem normal.Este é o motivo pelo qual o ABS é implementado em veículos modernos.

Nota: No meu país, quando as rodas param de girar, mas deslizam no solo, chama-se "bloqueio das rodas".Eu não sei como é chamado em inglês, então se alguém souber, por favor me avise para que eu possa corrigi-lo, se necessário.

O carro não continua se movendo para trás porque a força para trás só existe enquanto houver movimento relativo entre os freios e as rodas (a força de atrito cinético).Assim que esse movimento para, a força para de existir abruptamente.

Então, se a força persistisse, você está certo em pensar que desaceleraria o carro até parar, e então continuaria acelerando para trás.Mas essa força não é uma variável independente: depende do próprio movimento.O carro para, a força para e o resultado não é mais negativo.

A fim de torná-lo mais "compreensível", considere freios que parem completamente as rodas de girar.Nesse caso, o carro com as rodas bloqueadas funciona mais como um tijolo. Por que um tijolo (ou trenó, ou qualquer outra coisa) não começa a se mover para trás?Porque as forças de atrito só se aplicam a superfícies móveis.

Quando você tiver problemas para entender um sistema complexo (como a frenagem de um carro), tente simplificá-los - o sistema de frenagem de um carro e suas rodas não acrescentam nada ao problema ou solução.

O atrito é apenas um atalho fácil para descrever um monte de colisões microscópicas entre partículas nas duas superfícies.

Quando a roda está girando, os solavancos em sua superfície colidem com os solavancos da pastilha de freio.

Quando a roda pára, eles não estão mais colidindo, porque não estão se movendo em relação um ao outro.

É a mesma coisa que se você estivesse sob um vento forte. O vento o empurrará contra você e o acelerará na direção do vento.Uma vez que você está se movendo na mesma velocidade do vento, ele não está mais aplicando nenhuma força em você, porque você está em repouso em relação ao vento.

Quando você aplica os freios, todos sabemos que eles produzem uma força resultante para trás, então todos sabemos que a força resultante está agindo para trás. Mas quando a força resultante age para trás, isso não significa que o objeto deva viajar para trás.

No instante em que os freios são aplicados, o objeto tem uma certa velocidade, vamos considerá-lo como $ V_1 $ que é positivo, assumindo que o carro se move para trás no mesmo instante, o que significa que deve ter um $ V_2 $ que é negativo. (Observe que: a velocidade é um vetor, então a direção é realmente importante.) Esta situação faz com que o objeto tenha uma desaceleração infinita, considerando que a força resultante permanece constante.

1. A desaceleração nunca pode ser infinita.
2. Uma vez que o objeto tem uma velocidade, ele nunca irá viajar para trás, porque o atrito é uma força oposta quando há movimento. Agora não há movimento, então não há atrito. Portanto, nenhuma força resultante resultando em nenhum movimento.

Normalmente, um gráfico de velocidade durante a frenagem é assim.

Quando você diz que a aceleração causada pela frenagem de um carro é "negativa", o que você realmente quer dizer é que sua direção é oposta à direção do movimento.

Se, em uma determinada instância, você modelar matematicamente o movimento para trás como "movimento negativo", então, nesse caso, você deve realmente dizer que a aceleração causada pela frenagem é positive. É o sinal oposto à moção.

No entanto, modelar movimento e aceleração usando escalares positivos ou negativos só funciona se você estiver interessado apenas em uma dimensão. De maneira mais geral, você pode modelá-los como vetores, que nunca são "negativos". Esses vetores sempre têm magnitude positiva, mas suas direções são diferentes.

Em suma, a falha no seu raciocínio é causada por ficar confuso sobre como interpretar a palavra "negativo" e sob que ponto de vista uma quantidade pode ser considerada "negativa" ou "positiva". Você está combinando o "negativo" em "movimento negativo" e "aceleração negativa", mas essas duas expressões implicam uma "direção de referência" diferente que é tratada como "positiva".

É útil pensar nisso em termos de energia.

O que os freios estão fazendo é converter parte da energia cinética rotacional das rodas em energia térmica, aquecendo por fricção as pinças do freio.

É por isso que grande parte do design do compasso se concentra em ventilar e resfriar o hardware.Simplificando, o motivo pelo qual o carro não se move para trás é que, depois que o veículo é parado, não há mais energia cinética no sistema e os freios não têm mecanismo para converter o calor de volta em rotação.

Os freios são aplicados para impedir que as rodas girem gradualmente, seja para frente ou para trás.Temos que visualizar todos os estados de movimentos como instâncias separadas ou instantâneos.Quando um carro avança, os freios tentam desacelerar e impedir o avanço do carro.Assim que o carro entrar no estado de movimento para trás, os freios tentarão parar de movê-lo também para trás, desacelerando em outra direção.

Quando o carro está em velocidade zero, os freios não são realmente necessários, a menos que outra força (vento / motor / colisão / manual) tente empurrá-lo para trás ou para frente.

A aceleração tem uma direção, mas sua direção é not necessariamente a direção do movimento.É a taxa na qual a velocidade está aumentando / diminuindo.A direção do movimento é a direção do velocity.

Por que o carro não continua a acelerar para trás enquanto os freios são aplicados

Ele acelera para trás, mas, novamente, se estiver acelerando para trás, não precisa ser moving para trás.É a força resultante que está agindo na direção para trás, causando a diminuição da velocidade.

Tecnicamente, você está fazendo seu sistema wheels interagir com o sistema brakes.A causalidade é o resultado da interação.Então, quando o sistema brakes causa uma ação, espera-se que o sistema wheels reaja (verifique a palavra: reação).

Os Brakes geram atrito, e o atrito é sempre oposto ao movimento, precisamente porque eles geram uma reação causal durante a interação sistêmica. Isso significa que se você aplicar os freios ao escalar uma montanha, o carro irá parar de avançar.Mas quando a gravidade é mais forte que a força motora, o carro não anda para trás, pois os freios também se opõem ao movimento nessa direção.

Em primeiro lugar, seja bem-vindo a bordo! Acho que, depois de todas essas respostas, deve estar bem claro para você agora o que está acontecendo quando um carro freia e para sem retroceder posteriormente. Mas eu simplesmente não posso deixar a ocasião passar para adicionar mais uma resposta.

Tenho certeza de que você concorda que, quando um livro que se move sobre uma superfície horizontal, o livro pára totalmente depois de algum tempo (dependendo de quão grande é o atrito entre os dois ou, mais tecnicamente, de quão grande é o coeficiente de atrito é) sem reverter seu movimento após a parada. Toda a energia cinética do livro se foi (principalmente convertida em calor), e não há mais força para fazer o livro acelerar novamente. Ou seja, se presumirmos que não há outra força além da força de atrito agindo sobre o livro, é por isso que a mesa deve ser horizontal, caso contrário, um componente da gravidade consegue controlar o livro.

Embora não seja diretamente visível (o que pode ter causado a confusão), o carro para totalmente como consequência do mesmo processo pelo qual o livro para totalmente (o que é óbvio). A força de atrito entre os blocos de freio e os discos de freio faz o carro diminuir a velocidade. Isso é bastante estranho, chamado de frenagem por atrito estático. Eu escrevo "estranho o suficiente" porque o atrito estático por si só não pode mover nada, mas esse atrito estático garante que as rodas possam continuar girando sem se mover em relação à estrada e, portanto, o atrito "cinético" pode fazer seu trabalho e fazer o cuidado parar .

Se o atrito entre os blocos de freio e os discos de freio ficar muito grande, as rodas pararão de girar e a estrada se tornará, por assim dizer, o bloco de freio (acho que você pode entender por que, neste caso, o carro não inverte o movimento , como no caso do livro em movimento sobre a mesa). Isso é chamado de frenagem por atrito cinético e frenagem por atrito estático é chamado assim para fazer uma distinção entre os dois tipos de frenagem (cujos mecanismos subjacentes são os mesmos). Porque a distância para fazer um carro parar se torna mais longa (if pode-se manter o carro em linha reta) no caso de frenagem por atrito cinético, e o carro se tornará muito mais difícil de controlar (se você can't manter o controle, a distância parar provavelmente fica mais curto, mas ...) o sistema ABS tem lugar na maioria dos carros modernos.

Li em um dos comentários que depois da parada parece que o carro anda um pouco para trás. Este efeito é muito bem explicado nesta pergunta.

Não tenho certeza por que tantas pessoas começam suas respostas falando sobre atrito e perda de energia enquanto a pergunta é sobre matemática, e matemática muito simples. Sim, é verdade que $ F = m * a $ , e no caso de frenagem (desaceleração) $ a $ é negativo. Mas você está perguntando especificamente por que o carro não se move para trás. Retroceder em termos de cinemática significa ter velocidade negativa $ V $ .

Agora, vamos lembrar que a velocidade e a aceleração estão ligadas por meio do tempo $ t $ . Esta é a equação da velocidade de nosso carro em algum momento $ t $ durante sua desaceleração:

$ V = V_0 + a * t $

onde $ V_0 $ é a velocidade inicial do carro (digamos, um grande número positivo) e $ a $ é a aceleração negativa. Como você pode ver, com o passar do tempo, a velocidade diminuirá, pois $ a $ é negativo, assim como $ a * t $ . Mas, assim que a velocidade inicial $ V_0 $ se esgota e $ V $ atinge zero, a aceleração da frenagem $ a $ também zera, incapaz de afetar $ V $ e torná-lo negativo. Ele apenas empurra o carro para trás enquanto o carro avança, e nem um segundo a mais.