Номер 3, страница 21 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Взаимодействие тел. ТЗ-8. Сила трения - номер 3, страница 21.

Условие.

3. а) Почему гружёный автомобиль буксует на мокрой грунтовой дороге меньше, чем порожний?

б) Зачем зимой задние колёса некоторых грузовых автомобилей перевязывают цепями?

в) Зачем в гололедицу тротуары посыпают песком или солью?

Решение.

а) Почему гружёный автомобиль буксует на мокрой грунтовой дороге меньше, чем порожний?

Буксование автомобиля происходит, когда сила тяги, создаваемая двигателем, превышает максимальную силу трения покоя (силу сцепления) между ведущими колёсами и дорогой. Сила трения, в свою очередь, зависит от силы нормальной реакции опоры и коэффициента трения.
Максимальная сила трения покоя вычисляется по формуле: $F_{тр.max} = \mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения между шиной и дорогой, а $\text{N}$ — сила нормальной реакции опоры.
На горизонтальной поверхности сила нормальной реакции опоры равна весу автомобиля: $N = P = mg$, где $\text{m}$ — масса автомобиля, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения.
У гружёного автомобиля масса $\text{m}$ больше, чем у порожнего. Следовательно, на него действует бóльшая сила тяжести, и он с большей силой давит на дорогу. Это приводит к увеличению силы нормальной реакции опоры $\text{N}$.
Поскольку сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры, у гружёного автомобиля максимальная сила сцепления колёс с дорогой будет больше. Это позволяет колёсам передавать бóльшую силу тяги без проскальзывания, то есть буксования.

Ответ: Гружёный автомобиль имеет бóльшую массу, из-за чего увеличивается сила давления на дорогу и, как следствие, возрастает сила трения (сцепления) колёс с дорогой. Это позволяет автомобилю лучше противостоять буксованию.

б) Зачем зимой задние колеса некоторых грузовых автомобилей перевязывают цепями?

Зимой дороги часто покрываются снегом или льдом. Эти поверхности имеют очень низкий коэффициент трения, что значительно уменьшает сцепление шин с дорогой. В таких условиях автомобилю, особенно грузовому, сложно тронуться с места, преодолевать подъёмы и безопасно тормозить, так как колёса легко срываются в пробуксовку или юз.
Для увеличения сцепления с дорогой на ведущие колёса (у многих грузовиков это задние колёса) надевают специальные цепи противоскольжения. Звенья цепей врезаются в снег или лёд, создавая надёжное механическое зацепление с поверхностью. Это значительно увеличивает силу тяги, которую можно реализовать без проскальзывания, по сравнению с трением гладкой резиновой шины о скользкую поверхность.
В результате автомобиль получает возможность уверенно передвигаться по заснеженным или обледенелым участкам, что улучшает его проходимость и безопасность движения.

Ответ: Цепи на колёсах увеличивают сцепление с дорогой за счёт врезания в лёд и уплотнённый снег, что предотвращает проскальзывание колёс и улучшает проходимость автомобиля в зимних условиях.

в) Зачем в гололедицу тротуары посыпают песком или солью?

В гололедицу тротуары посыпают песком или солью для уменьшения скольжения, однако эти два вещества действуют по-разному.
1. Песок: Посыпка льда песком — это механический способ борьбы со скольжением. Песчинки имеют острые края и создают на гладкой поверхности льда шероховатый слой. Когда подошва обуви наступает на такой участок, коэффициент трения между подошвой и поверхностью значительно увеличивается. Это делает ходьбу по обледенелому тротуару более безопасной, так как уменьшается вероятность поскользнуться.
2. Соль (обычно хлорид натрия $NaCl$ или хлорид кальция $CaCl_2$): Соль действует химико-физическим способом. При контакте со льдом соль растворяется в тонком слое воды, который всегда есть на поверхности льда, создавая соляной раствор. Температура замерзания соляного раствора ниже, чем у чистой воды (0 °C). Например, 10%-й раствор хлорида натрия замерзает при температуре около -6 °C. Если температура воздуха выше температуры замерзания образовавшегося раствора, лёд начинает таять. В результате на месте скользкого льда появляется слой воды или снежно-соляной каши, которая обеспечивает лучшее сцепление с обувью.

Ответ: Песок увеличивает коэффициент трения, делая поверхность льда шероховатой и менее скользкой. Соль вызывает таяние льда, так как соляной раствор имеет более низкую температуру замерзания, чем чистая вода, тем самым устраняя скользкую ледяную корку.