Номер ?1, страница 147, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Тепловые двигатели. Параграф 37. Исследовательские работы. Вопросы для обсуждения - номер ?1, страница 147.

Условие.

Почему расход топлива автомобилем в городском цикле всегда больше расхода топлива на шоссе?

Решение.

Расход топлива автомобилем в городском цикле выше, чем на шоссе, из-за нескольких ключевых физических и эксплуатационных факторов, связанных с характером движения.

Основная причина — это рваный ритм движения. В городе водитель постоянно вынужден разгоняться и тормозить из-за светофоров, пешеходных переходов, пробок и других участников движения. Процесс разгона требует от двигателя совершения работы для увеличения кинетической энергии автомобиля. Эта энергия, согласно формуле $E_k = \frac{m \cdot v^2}{2}$, где $\text{m}$ — масса автомобиля, а $\text{v}$ — его скорость, берётся из сжигаемого топлива. При торможении вся накопленная кинетическая энергия в автомобилях с традиционным ДВС бесполезно рассеивается в виде тепла на тормозных колодках и дисках. Таким образом, в городе постоянно происходит цикл «сжигание топлива для набора скорости → потеря этой энергии при торможении». На шоссе же автомобиль движется с относительно постоянной скоростью, и энергия тратится в основном на преодоление сил сопротивления воздуха и трения качения, что гораздо экономичнее.

Вторая важная причина — работа двигателя в неэффективных режимах. Двигатель внутреннего сгорания имеет максимальный КПД (коэффициент полезного действия) в довольно узком диапазоне оборотов и нагрузки. На шоссе автомобиль движется на высшей передаче при оборотах, близких к оптимальным. В городском цикле двигатель часто работает на низших передачах при более высоких оборотах (во время разгонов) или на холостом ходу, где его КПД значительно ниже. Это означает, что для совершения одной и той же работы в городе сжигается больше топлива.

Третий фактор — работа на холостом ходу. Во время остановок на светофорах или в пробках двигатель продолжает работать, потребляя топливо, но при этом автомобиль не проходит никакого расстояния. Поскольку расход топлива измеряется в литрах на 100 километров, каждая минута простоя с работающим двигателем значительно ухудшает этот показатель. На шоссе остановки практически отсутствуют.

В совокупности эти факторы приводят к тому, что для преодоления одного и того же расстояния в городских условиях требуется значительно больше энергии, а следовательно, и топлива, чем при равномерном движении по шоссе.

Ответ: Расход топлива в городе выше из-за частого повторения энергозатратных циклов разгона и торможения, работы двигателя в неоптимальных режимах с низким КПД и частых простоев с работающим двигателем (на холостом ходу), во время которых топливо расходуется, а расстояние не преодолевается.