Номер 2, страница 72 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Работа и мощность. Энергия. Самостоятельные работы. СР-59. Механическая энергия. Вариант 1 - номер 2, страница 72.

Условие.

2. Почему грузовая автомашина должна иметь более сильные тормоза, чем легковая?

Решение.

Решение

Грузовая автомашина должна иметь более сильные тормоза, чем легковая, в первую очередь из-за своей значительно большей массы. Это различие в массе приводит к нескольким ключевым физическим последствиям, которые напрямую влияют на требования к тормозной системе.

Инерция и масса
Инерция — это свойство тела сопротивляться изменению своего состояния движения. Мерой инерции является масса. Поскольку масса грузовика ($m_г$) намного больше массы легкового автомобиля ($m_л$), то есть $m_г \gg m_л$, грузовик обладает гораздо большей инерцией. Это означает, что для его остановки (то есть для создания отрицательного ускорения) требуется приложить значительно большую силу.

Импульс и второй закон Ньютона
Импульс тела определяется как произведение его массы на скорость: $p = m \cdot v$. При движении с одинаковой скоростью $\text{v}$ грузовик будет иметь гораздо больший импульс, чем легковой автомобиль. Для полной остановки транспортного средства необходимо погасить его импульс. Согласно второму закону Ньютона, тормозная сила $\text{F}$ связана с изменением импульса $\Delta p$ и временем торможения $\Delta t$ соотношением $F = \frac{\Delta p}{\Delta t}$. Чтобы остановить грузовик за сопоставимое время, потребуется приложить тормозную силу, во столько же раз большую, во сколько раз его масса превосходит массу легкового автомобиля.

Кинетическая энергия и работа тормозной силы
Кинетическая энергия движущегося объекта рассчитывается по формуле $E_к = \frac{m v^2}{2}$. Из-за большей массы кинетическая энергия грузовика при той же скорости также значительно выше. При торможении вся эта кинетическая энергия должна быть преобразована в тепловую энергию за счет работы силы трения в тормозных механизмах. Работа тормозной силы $\text{A}$ равна изменению кинетической энергии: $A = \Delta E_к$. Так как кинетическая энергия грузовика огромна, его тормоза должны быть способны совершить очень большую работу, что означает создание большой тормозной силы, и, что критически важно, они должны быть способны рассеять огромное количество выделяющегося тепла, не перегреваясь и не выходя из строя.

Ответ: Грузовая автомашина обладает значительно большей массой по сравнению с легковой. Вследствие этого при одинаковой скорости у грузовика больше инерция, больше импульс ($p=mv$) и больше кинетическая энергия ($E_к=\frac{mv^2}{2}$). Для безопасной остановки на приемлемом расстоянии и за приемлемое время тормозная система грузовика должна развивать гораздо большую тормозную силу и рассеивать значительно большее количество тепловой энергии, чем тормоза легкового автомобиля.