Номер 6.3, страница 44 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Упражнения. 6. Сила упругости. Сила трения. Динамика. Механика - номер 6.3, страница 44.

Условие.

6.3. Почему при торможении автомобиля опасно прекращение вращения колес (такое прекращение вращения называют блокированием)?

Решение. При блокировании силу трения покоя сменяет сила трения скольжения между колесами и дорогой, направление которой не изменяется при повороте передних колес (автомобиль перестает «слушаться» руля).

Решение.

Решение

Блокирование колес при торможении опасно по двум основным причинам: увеличению тормозного пути и потере управляемости. Оба этих фактора связаны с физической разницей между силой трения покоя и силой трения скольжения.

1. Увеличение тормозного пути. Когда колесо вращается, замедляясь, но не проскальзывая, на него со стороны дороги действует сила трения покоя. Максимальная тормозная сила в этом случае равна максимальной силе трения покоя: $F_{тр.покоя.макс} = \mu_с \cdot N$, где $N$ — сила нормальной реакции опоры, а $\mu_с$ — коэффициент трения покоя. Когда же колесо блокируется и начинает скользить (идти юзом), сила трения покоя сменяется силой трения скольжения: $F_{тр.скольжения} = \mu_к \cdot N$, где $\mu_к$ — коэффициент трения скольжения. Практически для всех пар поверхностей коэффициент трения покоя больше коэффициента трения скольжения ($\mu_с > \mu_к$). Следовательно, при блокировке тормозная сила уменьшается, а тормозной путь автомобиля увеличивается по сравнению с эффективным торможением на грани блокировки.

2. Потеря управляемости. Это наиболее опасное последствие блокировки. Пока колеса вращаются, сила бокового сцепления с дорогой позволяет автомобилю изменять направление движения в ответ на поворот руля. Когда управляемые (передние) колеса блокируются, они перестают вращаться и начинают скользить прямолинейно. Сила трения скольжения в этом случае направлена строго против вектора скорости автомобиля, и ее направление не меняется при повороте рулевого колеса. В результате автомобиль перестает «слушаться» руля и продолжает движение по инерции, лишая водителя возможности совершить маневр для объезда препятствия. Если блокируются задние колеса, возникает высокий риск заноса задней оси автомобиля.

Именно для предотвращения этих опасных явлений современные автомобили оснащаются антиблокировочной системой (ABS), которая не дает колесам полностью заблокироваться при экстренном торможении.

Ответ: Блокировка колес при торможении опасна, так как сила трения скольжения, возникающая при этом, меньше максимальной силы трения покоя, что приводит к увеличению тормозного пути. Кроме того, при блокировке автомобиль теряет управляемость: он перестает реагировать на повороты руля, так как сила трения скольжения направлена против вектора скорости и не зависит от угла поворота колес.