Номер 4, страница 148, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Силы вокруг нас. Параграф 40. Величайшие изобретения: лук, колесо, добывание огня. Вопросы и задания - номер 4, страница 148.

Условие.

4. Почему в странах с холодным климатом рекомендуется менять автомобильные шины два раза в год в зависимости от сезона?

Решение.

Рекомендация менять автомобильные шины два раза в год в странах с холодным климатом основана на фундаментальных различиях в физических свойствах летних и зимних шин, которые напрямую влияют на безопасность и управляемость автомобиля при разных температурах и дорожных условиях.

Летние шины

Летние шины изготавливаются из более жесткого состава резиновой смеси, который рассчитан на эксплуатацию при положительных температурах. Эта жесткость обеспечивает износостойкость и отличное сцепление с сухим и мокрым асфальтом в теплую погоду. Однако при понижении температуры, особенно ниже +7°C, резина летних шин теряет свою эластичность — она «дубеет». В результате этого происходит значительное ухудшение сцепления с дорогой. Коэффициент трения между шиной и холодным асфальтом, снегом или льдом резко падает. Это приводит к увеличению тормозного пути и высокому риску потери управления автомобилем. Рисунок протектора летних шин также оптимизирован для отвода воды, но неэффективен для сцепления со снегом и льдом.

Зимние шины

Зимние шины, напротив, производятся из более мягкой резиновой смеси с высоким содержанием каучука и силики. Этот состав позволяет шинам сохранять эластичность даже при сильных отрицательных температурах. Благодаря этой мягкости, шина способна деформироваться и «цепляться» за микронеровности замерзшей дороги, обеспечивая надежный контакт. Протектор зимних шин имеет более глубокий рисунок и множество мелких прорезей (ламелей). Ламели при контакте с дорогой раскрываются, образуя большое количество острых кромок, которые эффективно вгрызаются в снег и лед, улучшая сцепление. Использование зимних шин летом нецелесообразно и опасно: на горячем асфальте мягкая резина быстро изнашивается, а из-за излишней эластичности ухудшается управляемость и увеличивается тормозной путь.

Физика процесса

Основной силой, удерживающей автомобиль на дороге, является сила трения. Максимальная сила трения покоя, которая определяет сцепление колес с дорогой, выражается формулой: $F_{тр. макс} = \mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения, а $\text{N}$ — сила нормальной реакции опоры. Коэффициент трения $\mu$ зависит от материалов контактирующих поверхностей (резины и дорожного покрытия) и их температуры. Своевременная замена шин позволяет использовать состав резины и рисунок протектора, которые обеспечивают максимальный коэффициент трения для текущих погодных условий, тем самым максимизируя безопасность.

Ответ: В странах с холодным климатом рекомендуется менять автомобильные шины дважды в год, потому что летние и зимние шины имеют принципиально разный химический состав резины и рисунок протектора. Летние шины при низких температурах становятся слишком жесткими и теряют сцепление с дорогой, что делает их опасными на снегу и льду. Зимние шины, наоборот, изготовлены из мягкой, эластичной резины, сохраняющей свои свойства на морозе и обеспечивающей надежное сцепление с зимней дорогой. Использование шин, соответствующих сезону, является ключевым фактором для обеспечения безопасности, сокращения тормозного пути и сохранения контроля над автомобилем.