Номер 314, страница 48 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Работа газа и пара при расширении. Тепловые двигатели - номер 314, страница 48.

Условие.

314. Почему нормы расхода бензина для автомобилей, имеющих частые остановки, больше, чем для обычных?

Решение.

Нормы расхода бензина для автомобилей, которые часто останавливаются и снова начинают движение, выше по сравнению с автомобилями, движущимися с постоянной скоростью, из-за фундаментальных физических принципов, связанных с инерцией и преобразованием энергии.

Преодоление инерции и набор кинетической энергии

Чтобы сдвинуть автомобиль с места, двигатель должен совершить работу, чтобы преодолеть его инерцию (свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения) и разогнать его до определенной скорости. В процессе разгона автомобиль накапливает кинетическую энергию, которая зависит от его массы $\text{m}$ и скорости $\text{v}$ и рассчитывается по формуле: $E_k = \frac{mv^2}{2}$. На совершение этой работы двигатель сжигает топливо, преобразуя его химическую энергию в механическую. Разгон с места является одним из самых энергозатратных режимов работы двигателя.

Потеря энергии при торможении

Когда автомобилю необходимо остановиться, водитель использует тормозную систему. В процессе торможения вся накопленная кинетическая энергия $E_k$ при помощи силы трения в тормозных механизмах преобразуется в тепловую энергию. Это тепло рассеивается в окружающую среду и, с точки зрения дальнейшего движения, является безвозвратной потерей. После остановки кинетическая энергия автомобиля снова равна нулю.

Цикл "старт-стоп"

В условиях городского движения или для транспорта, который по роду деятельности совершает частые остановки (например, городские автобусы, мусоровозы, службы доставки), постоянно повторяется цикл "разгон-торможение". Это означает, что двигатель многократно тратит большое количество топлива для создания кинетической энергии, которая затем при каждой остановке полностью теряется, превращаясь в тепло. Такой режим крайне неэффективен, так как энергия топлива, по сути, постоянно "выбрасывается" в атмосферу в виде тепла от тормозов.

Сравнение с равномерным движением

В отличие от этого, автомобиль, движущийся по загородной трассе с постоянной скоростью, разгоняется лишь один раз. После того как крейсерская скорость достигнута, двигатель работает в экономичном режиме, совершая работу лишь для преодоления сил сопротивления — сопротивления воздуха и трения качения. При этом накопленная кинетическая энергия сохраняется, и расход топлива на поддержание скорости значительно ниже, чем на постоянные разгоны.

Ответ: Нормы расхода бензина для автомобилей с частыми остановками выше, потому что значительная часть энергии сжигаемого топлива расходуется на многократное сообщение автомобилю кинетической энергии при разгоне. Эта энергия затем полностью и бесполезно рассеивается в виде тепла при каждом торможении. При движении с постоянной скоростью энергия на разгон тратится по сути один раз, а дальнейший расход топлива идет лишь на компенсацию относительно небольших сил сопротивления, что является гораздо более эффективным режимом.