Номер 16, страница 146 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 3. Законы сохранения в механике. Параграф 18. Механическая работа. Мощность - номер 16, страница 146.

Условие.

16. Объясните, почему водитель на крутом подъеме переключает двигатель на первую скорость.

Решение.

16. Решение

При движении автомобиля на крутом подъеме значительно возрастает сила сопротивления движению. К обычным силам трения и сопротивления воздуха добавляется скатывающая составляющая силы тяжести, которая направлена вниз вдоль склона. Чтобы автомобиль мог продолжать движение вверх, его сила тяги должна быть достаточной для преодоления всех этих сил сопротивления.

Мощность $\text{P}$, развиваемая двигателем, связана с силой тяги $F_{тяги}$ и скоростью движения автомобиля $\text{v}$ соотношением: $P = F_{тяги} \cdot v$. Если считать мощность двигателя примерно постоянной, то из этой формулы видно, что сила тяги обратно пропорциональна скорости движения: $F_{тяги} = \frac{P}{v}$. Это означает, что для получения большей силы тяги необходимо уменьшить скорость.

Коробка передач автомобиля позволяет изменять передаточное число между двигателем и колесами. Первая скорость (передача) имеет самое большое передаточное число. Это означает, что она обеспечивает максимальное увеличение крутящего момента, передаваемого от двигателя к ведущим колесам. Так как сила тяги прямо пропорциональна крутящему моменту на колесах, на первой скорости автомобиль развивает максимальную силу тяги.

Таким образом, переключаясь на первую скорость, водитель выбирает режим, в котором автомобиль движется с небольшой скоростью, но при этом развивает максимальную силу тяги, необходимую для преодоления крутого подъема. Это практическое применение принципа, известного как "золотое правило механики": выигрыш в силе сопровождается проигрышем в скорости.

Ответ: Водитель переключает двигатель на первую скорость на крутом подъеме для того, чтобы увеличить крутящий момент на ведущих колесах и, как следствие, развить максимальную силу тяги. Это необходимо для преодоления возросшей силы сопротивления движению (в частности, скатывающей составляющей силы тяжести), жертвуя при этом скоростью движения автомобиля.