Вариант 2, страница 92 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-11. Механическая энергия - страница 92.

Условие.

Вариант 2

1. Почему тяжёлая автомашина должна иметь более сильные тормоза, чем лёгкая?

2. Почему иногда автомобиль не может въехать на гору, если он у начала подъёма не сделал разгон (не приобрёл значительной скорости)?

Решение.

1. Почему тяжёлая автомашина должна иметь более сильные тормоза, чем лёгкая?

Это связано с двумя основными физическими принципами: инерцией и кинетической энергией.

1. Инерция. Инерция — это свойство тела сохранять свою скорость. Масса является мерой инерции. Чем больше масса тела, тем больше его инерция, и тем труднее изменить его состояние движения (то есть разогнать или остановить). Согласно второму закону Ньютона, сила $\text{F}$, необходимая для изменения скорости тела, прямо пропорциональна его массе $\text{m}$ и ускорению (или замедлению) $\text{a}$: $F = m \cdot a$. Чтобы тяжёлая машина замедлялась с той же интенсивностью, что и лёгкая, к ней необходимо приложить большую тормозную силу.

2. Кинетическая энергия. Движущийся автомобиль обладает кинетической энергией, которая рассчитывается по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{m}$ — масса, а $\text{v}$ — скорость. При торможении эта энергия должна быть погашена, в основном за счёт работы силы трения в тормозных механизмах, где она превращается в тепло. Из формулы видно, что при одинаковой скорости тяжёлый автомобиль (с большей массой $\text{m}$) обладает значительно большей кинетической энергией. Следовательно, для его остановки тормоза должны совершить большую работу и рассеять большее количество тепла за короткое время. Это требует более мощной и надёжной тормозной системы.

Таким образом, более тяжёлой машине требуются более сильные тормоза, чтобы создавать большую тормозную силу для преодоления инерции и чтобы эффективно преобразовывать большую кинетическую энергию в тепло, обеспечивая безопасную остановку.

Ответ: Тяжёлая автомашина обладает большей массой, а значит, большей инерцией и большей кинетической энергией при той же скорости. Для её эффективной и безопасной остановки требуется большая тормозная сила и способность рассеивать большее количество энергии, что обеспечивается более сильными тормозами.

2. Почему иногда автомобиль не может въехать на гору, если он у начала подъёма не сделал разгон (не приобрёл значительной скорости)?

Для подъёма на гору автомобилю необходимо преодолеть силу тяжести, которая "скатывает" его вниз (составляющая силы тяжести, параллельная склону), и силы сопротивления (трение качения, сопротивление воздуха). Двигатель автомобиля развивает определённую силу тяги, которая может быть недостаточной, чтобы преодолеть сумму этих сил, особенно на крутом подъёме.

Когда автомобиль делает разгон перед подъёмом, он накапливает кинетическую энергию ($E_k = \frac{mv^2}{2}$). Во время подъёма эта накопленная кинетическая энергия начинает превращаться в потенциальную энергию ($E_p = mgh$), помогая автомобилю набирать высоту. Этот процесс можно описать с точки зрения закона сохранения энергии: начальная кинетическая энергия плюс работа, совершаемая двигателем, идут на увеличение потенциальной энергии и на работу против сил трения.

Если автомобиль начинает подъём с низкой скоростью или с места, у него нет запаса кинетической энергии. Вся работа по подъёму ложится исключительно на двигатель. Если сила тяги двигателя меньше, чем суммарная сила сопротивления движению на подъёме, автомобиль не сможет двигаться вверх и остановится.

Таким образом, предварительный разгон даёт автомобилю "энергетический импульс", который позволяет преодолеть наиболее сложный начальный участок подъёма или даже весь подъём, если его длины и крутизны невелики, за счёт преобразования скорости в высоту.

Ответ: Без предварительного разгона у автомобиля нет запаса кинетической энергии. В этом случае для подъёма на гору вся работа по преодолению силы тяжести и сил трения должна совершаться только двигателем. Если сила тяги двигателя оказывается меньше этих сил, автомобиль не сможет въехать на гору. Наличие начальной скорости (кинетической энергии) позволяет преобразовать её в потенциальную энергию (высоту), что помогает двигателю преодолеть подъём.