Номер 2, страница 195 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 41. Центр тяжести (центр масс) системы материальных точек и твёрдого тела. 6. Статика. Механика - номер 2, страница 195.

Условие.

2. Почему наиболее устойчивы широкие автомобили с низко расположенным центром тяжести?

Решение.

2. Устойчивость тела — это его способность возвращаться в исходное положение равновесия после того, как оно было из него выведено. Устойчивость автомобиля определяется двумя основными параметрами: размером площади опоры и высотой расположения центра тяжести.

Правило равновесия гласит, что тело находится в состоянии устойчивого равновесия, пока вертикальная линия, опущенная из его центра тяжести, проходит внутри площади опоры. Если эта линия выходит за пределы площади опоры, сила тяжести создает опрокидывающий момент, и тело опрокидывается.

Рассмотрим, как каждый из факторов влияет на устойчивость автомобиля:

1. Широкая база (большая площадь опоры). Площадью опоры автомобиля является прямоугольник, образованный точками соприкосновения его колес с поверхностью. Чем шире колея автомобиля, тем больше эта площадь. Чтобы опрокинуть такой автомобиль, его необходимо наклонить на значительно больший угол, прежде чем вертикаль, проведённая из центра тяжести, выйдет за пределы этой широкой площади опоры.

2. Низкорасположенный центр тяжести. Чем ниже находится центр тяжести, тем устойчивее тело. Это объясняется тем, что для опрокидывания тела нужно поднять его центр тяжести. Чем ниже он расположен, тем большую работу нужно совершить, чтобы поднять его на высоту, при которой тело потеряет устойчивость. Соответственно, требуется больший угол наклона для достижения этого состояния.

Таким образом, сочетание широкой колеи и низкого центра тяжести делает автомобиль максимально устойчивым. При движении, особенно в поворотах, на автомобиль действует центробежная сила, которая стремится его опрокинуть. Низкий центр тяжести уменьшает плечо этой опрокидывающей силы, а широкая площадь опоры увеличивает плечо восстанавливающего момента силы тяжести, что в сумме значительно повышает сопротивляемость автомобиля опрокидыванию.

Ответ: Наибольшая устойчивость широких автомобилей с низкорасположенным центром тяжести объясняется тем, что у них одновременно большая площадь опоры и низкое положение центра тяжести. Такое сочетание приводит к тому, что для вывода вертикали из центра тяжести за пределы площади опоры (то есть для опрокидывания) требуется совершить максимальную работу и наклонить автомобиль на максимальный угол.