Номер 2, страница 113 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 36. Силы трения. Глава 3. Силы в механике - номер 2, страница 113.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Что обеспечивает движение автомобиля: сила трения или работа двигателя, вращающего колёса?

Движение автомобиля обеспечивается совместным действием работы двигателя и силы трения. Эти два фактора не исключают, а дополняют друг друга, и без любого из них движение было бы невозможно.

Работа двигателя: Двигатель является источником энергии. Он преобразует энергию топлива в механическую работу, создавая крутящий момент, который через трансмиссию передается на ведущие колёса и заставляет их вращаться. Без работы двигателя колёса не будут вращаться, и движение не начнётся.

Сила трения: Вращающееся колесо в точке контакта с дорогой толкает дорожное полотно назад. Согласно третьему закону Ньютона, дорога в ответ толкает колесо вперёд с равной по модулю и противоположной по направлению силой. Эта сила и есть сила трения покоя ($F_{тр. покоя}$), действующая между шиной и дорогой. Именно эта внешняя сила, приложенная к автомобилю, вызывает его ускорение. Если бы трения не было (например, на идеально гладком льду), колёса бы просто прокручивались на месте, и автомобиль не сдвинулся бы с места.

Таким образом, двигатель выполняет работу, чтобы вращать колёса, а сила трения покоя преобразует это вращение в поступательное движение всего автомобиля.

Ответ: Движение автомобиля обеспечивается как работой двигателя, который вращает колёса, так и силой трения покоя между колёсами и дорогой. Двигатель предоставляет энергию для вращения колёс, а сила трения создаёт внешнюю движущую силу, которая толкает автомобиль вперёд.

Что препятствует увеличению скорости автомобиля?

Увеличению скорости автомобиля препятствуют силы сопротивления, которые возрастают по мере увеличения скорости. Основными из них являются:

1. Сила сопротивления воздуха (аэродинамическое сопротивление): Это основная сила, ограничивающая максимальную скорость автомобиля. Она возникает из-за того, что автомобилю приходится расталкивать молекулы воздуха на своем пути. Эта сила значительно увеличивается с ростом скорости, приблизительно пропорционально квадрату скорости ($F_{сопр. воздуха} \propto v^2$). На высоких скоростях большая часть мощности двигателя тратится именно на преодоление сопротивления воздуха.

2. Сила трения качения: Эта сила возникает из-за деформации шин и дорожного покрытия в месте их контакта. Она направлена против движения и также препятствует ускорению. Хотя её зависимость от скорости не такая сильная, как у сопротивления воздуха, она вносит свой вклад в общее сопротивление движению.

3. Внутренние силы трения: Трение в механизмах самого автомобиля (в двигателе, трансмиссии, подшипниках колёс) также создаёт сопротивление, которое необходимо преодолевать.

Автомобиль ускоряется до тех пор, пока сила тяги, создаваемая двигателем и реализуемая через силу трения покоя, больше суммарной силы сопротивления. Когда скорость возрастает настолько, что суммарная сила сопротивления ($F_{сопр. общ} = F_{сопр. воздуха} + F_{трения. качения} + ...$) становится равной силе тяги ($F_{тяги}$), ускорение прекращается ($a = (F_{тяги} - F_{сопр. общ}) / m = 0$). Автомобиль достигает своей максимальной скорости и дальше движется равномерно.

Ответ: Увеличению скорости автомобиля препятствуют в основном сила сопротивления воздуха и сила трения качения. Эти силы растут с увеличением скорости, и в определённый момент уравновешивают силу тяги двигателя, после чего дальнейшее ускорение становится невозможным.