Номер 1639, страница 189 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

9 класс. Законы взаимодействия и движения тел. 57. Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона - номер 1639, страница 189.

Решение.

Что означает выражение «машину занесло на повороте»?

Выражение «машину занесло на повороте» означает, что автомобиль потерял сцепление колес с дорогой и перестал двигаться по траектории, заданной водителем. Из-за инерции автомобиль стремится продолжать движение по прямой (по касательной к дуге поворота) вместо того, чтобы следовать изгибу дороги. Это приводит к неконтролируемому скольжению, которое называется заносом.

Ответ: Это означает потерю сцепления колес с дорогой, в результате чего автомобиль из-за инерции начинает скользить и перестает следовать намеченной траектории поворота.

Почему это происходит?

Решение

При движении по криволинейной траектории, какой является поворот, на автомобиль для изменения направления его скорости должна действовать центростремительная сила, направленная к центру поворота. Роль этой силы выполняет сила трения покоя $F_{тр}$ между шинами автомобиля и дорожным покрытием.

Величина необходимой центростремительной силы $F_{ц}$ определяется по формуле: $F_{ц} = \frac{mv^2}{R}$, где $\text{m}$ – масса автомобиля, $\text{v}$ – его скорость, а $\text{R}$ – радиус поворота.

В то же время, сила трения покоя не может быть бесконечно большой. Ее максимальное значение $F_{тр_{max}}$ равно $F_{тр_{max}} = \mu N$, где $\mu$ – коэффициент трения покоя, а $\text{N}$ – сила нормальной реакции опоры. На горизонтальной дороге $\text{N}$ равна силе тяжести $mg$, где $\text{g}$ - ускорение свободного падения. Таким образом, $F_{тр_{max}} = \mu mg$.

Занос (скольжение) происходит, когда требуемая для поворота центростремительная сила превышает максимальную силу трения, которую может обеспечить сцепление шин с дорогой. Условие заноса:

$F_{ц} > F_{тр_{max}}$

Подставив выражения для сил, получим:

$\frac{mv^2}{R} > \mu mg$

Из этого неравенства видно, что занос происходит при слишком большой скорости движения ($\text{v}$), слишком малом радиусе поворота ($\text{R}$) (крутой поворот) или при слишком малом коэффициенте трения ($\mu$) (например, на мокрой или обледенелой дороге). Когда сила трения становится недостаточной, автомобиль по инерции продолжает движение по траектории, близкой к прямой, что и является заносом.

Ответ: Занос происходит потому, что сила трения между колесами и дорогой, которая должна обеспечивать центростремительное ускорение на повороте, оказывается недостаточной. Это случается, когда требуемая для поворота центростремительная сила ($F_{ц} = \frac{mv^2}{R}$) превышает максимальную силу трения ($F_{тр_{max}} = \mu mg$), что может быть вызвано высокой скоростью, крутым поворотом или скользким дорожным покрытием.