Номер 7, страница 97, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Движение, взаимодействие, масса. Параграф 26. Инерция. Вопросы и задания - номер 7, страница 97.

Условие.

7. Почему по правилам дорожного движения запрещается: неожиданно появляться перед движущимся транспортом; не пристёгиваться ремнём безопасности при поездке в автомобиле; превышать допустимую скорость движения?

Решение.

Все перечисленные запреты в правилах дорожного движения основаны на фундаментальном физическом явлении – инерции. Инерция – это свойство материальных тел сохранять свою скорость (как по величине, так и по направлению), когда на них не действуют никакие силы, или когда действие этих сил скомпенсировано. Проще говоря, из-за инерции движущееся тело не может остановиться или изменить направление своего движения мгновенно. Рассмотрим каждый пункт подробнее с точки зрения физики.

Почему запрещается неожиданно появляться перед движущимся транспортом?

Движущийся автомобиль обладает большой массой и скоростью, а значит, и большой инерцией. Чтобы остановить его, требуется приложить значительную силу (силу торможения) в течение определённого времени. За это время автомобиль пройдёт некоторое расстояние, называемое тормозным путём. Тормозной путь $\text{S}$ зависит от начальной скорости $v_0$ и ускорения (в данном случае отрицательного, то есть замедления) $\text{a}$: $S = \frac{v_0^2}{2a}$. Чем выше скорость, тем длиннее тормозной путь. Если пешеход появляется на дороге внезапно, у водителя может физически не хватить ни времени на реакцию, ни расстояния для полной остановки автомобиля. Транспортное средство, подчиняясь закону инерции, продолжит движение вперёд и совершит наезд.

Ответ: Запрещается неожиданно появляться перед транспортом, так как из-за инерции транспортное средство не может остановиться мгновенно, ему требуется определённое время и тормозной путь, которых может не хватить при внезапном появлении препятствия.

Почему запрещается не пристёгиваться ремнём безопасности при поездке в автомобиле?

Этот запрет также напрямую связан с явлением инерции. Когда автомобиль движется, тело пассажира внутри него движется с той же скоростью. В случае резкого торможения или столкновения автомобиль быстро останавливается, а тело пассажира по инерции продолжает двигаться вперёд с прежней скоростью. Если пассажир не пристёгнут, он с большой силой ударится о приборную панель, руль или лобовое стекло, что приведёт к тяжёлым травмам. Ремень безопасности удерживает человека в кресле, заставляя его замедляться вместе с автомобилем. При этом ремень немного растягивается, увеличивая время, за которое скорость тела падает до нуля. Согласно второму закону Ньютона, сила удара $\text{F}$ обратно пропорциональна времени воздействия $\Delta t$ ($F = \frac{\Delta p}{\Delta t}$, где $\Delta p$ – изменение импульса). Увеличивая время торможения тела $\Delta t$, ремень безопасности значительно уменьшает силу $\text{F}$, действующую на пассажира, и тем самым спасает его жизнь и здоровье.

Ответ: Запрещается не пристёгиваться ремнём безопасности, так как при резкой остановке автомобиля тело человека по инерции продолжает двигаться вперёд. Ремень безопасности удерживает человека, постепенно замедляя его и значительно снижая силу удара, что предотвращает серьёзные травмы.

Почему запрещается превышать допустимую скорость движения?

Превышение скорости многократно увеличивает опасность на дороге, что объясняется несколькими физическими закономерностями:

1. Квадратичное увеличение тормозного пути. Как было показано выше, тормозной путь пропорционален квадрату скорости ($S \sim v^2$). Это значит, что при увеличении скорости в 2 раза тормозной путь увеличивается уже в 4 раза, а при увеличении в 3 раза – в 9 раз. На высокой скорости у водителя остаётся гораздо меньше времени и расстояния для безопасной остановки.

2. Квадратичное увеличение энергии удара. Кинетическая энергия, которой обладает автомобиль, также пропорциональна квадрату скорости: $E_k = \frac{mv^2}{2}$. Эта энергия при столкновении идёт на разрушение автомобиля и нанесение травм. Увеличение скорости в 2 раза приводит к увеличению разрушительной энергии в 4 раза. Именно поэтому аварии на высоких скоростях имеют гораздо более тяжёлые последствия.

3. Снижение управляемости. Для совершения поворота на автомобиль должна действовать центростремительная сила, роль которой выполняет сила сцепления шин с дорогой. Величина необходимой центростремительной силы также пропорциональна квадрату скорости ($F_ц = \frac{mv^2}{R}$). На высокой скорости силы сцепления может не хватить, чтобы удержать автомобиль на траектории, что приведёт к заносу и потере управления.

Ответ: Запрещается превышать допустимую скорость, так как с её увеличением квадратично возрастают тормозной путь и разрушительная сила удара при столкновении, а также снижается управляемость автомобиля, что многократно повышает риск ДТП и тяжесть его последствий.