Номер 4, страница 104, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Работа, мощность, энергия. Параграф 72. Потенциальная и кинетическая энергия. Вопросы и задания - номер 4, страница 104.

Условие.

4. Почему легковым автомобилям разрешается ездить по автомагистралям с большей скоростью, чем грузовым?

Решение.

Легковым автомобилям разрешается ездить по автомагистралям с большей скоростью, чем грузовым, по ряду причин, связанных с физикой движения и обеспечением безопасности на дорогах. Основные факторы — это масса, инерция, тормозной путь и управляемость транспортных средств.

1. Масса и инерция

Грузовые автомобили имеют значительно большую массу, чем легковые. В соответствии с законами физики, чем больше масса тела, тем больше его инерция, то есть его свойство сопротивляться изменению скорости. Это означает, что для изменения скорости (как для разгона, так и для торможения) массивного грузовика требуется гораздо большее усилие и время по сравнению с легким автомобилем.

2. Кинетическая энергия и тормозной путь

Это ключевая причина. Кинетическая энергия движущегося объекта рассчитывается по формуле:

$E_k = \frac{mv^2}{2}$

где $\text{m}$ — масса, а $\text{v}$ — скорость.

При торможении вся кинетическая энергия должна быть погашена работой силы трения в тормозной системе (превращена в тепло). Поскольку масса грузовика ($m_г$) в десятки раз превышает массу легкового автомобиля ($m_л$), то при одинаковой скорости его кинетическая энергия будет во столько же раз больше. Например, если масса грузовика в 20 раз больше массы легкового автомобиля, то и его кинетическая энергия при той же скорости будет в 20 раз больше.

Тормозной путь $\text{S}$ можно найти из равенства работы силы торможения $F_т$ и кинетической энергии: $F_т \cdot S = E_k$. Отсюда $S = \frac{E_k}{F_т} = \frac{mv^2}{2F_т}$.

Хотя тормозные системы грузовиков мощнее, чем у легковых автомобилей, их эффективность ограничена. Они не могут создать силу торможения, которая была бы во столько же раз больше, во сколько раз больше масса. В результате тормозной путь грузового автомобиля при прочих равных условиях всегда будет значительно длиннее, чем у легкового. Ограничение скорости для грузовиков позволяет сократить их кинетическую энергию и, как следствие, тормозной путь до более безопасных значений.

3. Последствия ДТП

Из-за огромной массы и, соответственно, большого импульса ($p = mv$) и кинетической энергии, столкновения с участием грузовых автомобилей приводят к гораздо более тяжелым последствиям. Ограничение скорости грузовиков снижает энергию возможного удара и, следовательно, уменьшает тяжесть последствий аварий.

4. Управляемость и устойчивость

Грузовые автомобили менее маневренны и устойчивы по сравнению с легковыми. У них выше центр тяжести, что увеличивает риск опрокидывания при резких маневрах. На высокой скорости водителю грузовика сложнее среагировать на внезапное препятствие и безопасно его объехать.

Таким образом, разница в скоростных режимах — это мера, направленная на повышение общей безопасности дорожного движения путем компенсации физических различий между грузовым и легковым транспортом.

Ответ: Разрешенная скорость для легковых автомобилей выше, чем для грузовых, в первую очередь из-за соображений безопасности, которые основаны на физических законах. Грузовики обладают значительно большей массой и инерцией, что приводит к увеличению их тормозного пути. При одинаковой скорости кинетическая энергия грузовика в десятки раз больше, чем у легкового автомобиля, и для его остановки требуется гораздо больше времени и расстояния. Кроме того, грузовики менее маневренны, а последствия аварий с их участием намного серьезнее. Ограничение скорости для грузовиков помогает снизить эти риски.