Номер 1.20, страница 6 - гдз по физике 9 класс задачник Артеменков, Ломаченков

1.20 При езде на велосипеде без заднего щитка грязь с колёс может попасть на спину велосипедисту. Объясните с точки зрения физики, почему это происходит.

1.20 Данное явление объясняется физическим законом инерции. Рассмотрим движение частиц грязи, прилипших к заднему колесу велосипеда.

1. Во время движения велосипеда его колёса вращаются. Частицы грязи на поверхности шины движутся вместе с колесом по круговой траектории.

2. Скорость любой частицы, движущейся по окружности, в каждый момент времени направлена по касательной к этой окружности. Таким образом, у частиц грязи, находящихся в верхней части колеса, вектор скорости направлен вперёд и немного вверх.

3. Частицы грязи удерживаются на колесе за счёт сил сцепления (адгезии). При увеличении скорости вращения колеса, для удержания частиц на криволинейной траектории требуется всё большая центростремительная сила. В определённый момент сила сцепления становится недостаточной, и частица грязи отрывается от шины.

4. Согласно первому закону Ньютона (закону инерции), тело, на которое не действуют силы (или их действие скомпенсировано), сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Оторвавшись от колеса, частица грязи по инерции продолжает двигаться прямолинейно в том направлении, в котором была направлена её скорость в момент отрыва, то есть по касательной.

Поскольку в верхней задней части колеса эта касательная направлена как раз в сторону спины велосипедиста, грязь летит по параболической траектории (под действием силы тяжести и сопротивления воздуха) и попадает на него. Задний щиток (крыло) служит преградой на пути этих летящих частиц.

Частицы грязи, отрываясь от вращающегося колеса, по инерции продолжают двигаться по прямой, касательной к окружности колеса. В верхней части заднего колеса эта касательная направлена вперёд и вверх, в результате чего грязь летит на спину велосипедиста.