Номер 5, страница 80, часть 1 - гдз по физике 9 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 1. Глава 2. Динамика. Параграф 16. Динамика равномерного движения материальной точки по окружности - номер 5, страница 80.

Условие.

5. Опытный водитель, подъезжая к крутому повороту, сбавляет скорость и старается вести автомобиль как можно ближе к внешней стороне дороги. Объясните причины таких действий водителя.

Решение.

Решение

Действия опытного водителя, снижающего скорость и выбирающего траекторию ближе к внешней стороне дороги перед крутым поворотом, обусловлены законами динамики криволинейного движения. Для совершения поворота автомобилю необходимо центростремительное ускорение, которое создается центростремительной силой. В роли этой силы выступает сила трения покоя между шинами и дорожным покрытием.

Величина центростремительной силы ($F_ц$), требуемой для удержания автомобиля на траектории поворота, рассчитывается по формуле: $F_ц = \frac{mv^2}{R}$, где $m$ — масса автомобиля, $v$ — его скорость, а $R$ — радиус поворота. Эта сила не может превышать максимальную силу трения покоя ($F_{тр.макс}$), иначе автомобиль сорвется в занос. Таким образом, для безопасного маневра должно выполняться условие: $\frac{mv^2}{R} \le F_{тр.макс}$.

Опытный водитель предпринимает два действия, чтобы обеспечить выполнение этого условия с запасом, то есть чтобы уменьшить требуемую центростремительную силу:

Во-первых, он сбавляет скорость ($v$). Поскольку центростремительная сила пропорциональна квадрату скорости, её снижение является самым эффективным способом уменьшить силу, необходимую для поворота. Уменьшение скорости вдвое уменьшает требуемую силу вчетверо, что значительно снижает риск заноса.

Во-вторых, он старается вести автомобиль ближе к внешней стороне дороги. Это позволяет увеличить радиус траектории поворота ($R$). Из формулы видно, что центростремительная сила обратно пропорциональна радиусу. Увеличивая радиус, водитель также уменьшает необходимую для поворота силу, что повышает безопасность маневра.

Следовательно, оба действия направлены на уменьшение необходимой центростремительной силы, чтобы она не превысила предельную величину силы трения, что обеспечивает устойчивость и управляемость автомобиля при прохождении крутого поворота.

Ответ:

Опытный водитель сбавляет скорость и движется по внешнему радиусу поворота для того, чтобы уменьшить величину необходимой центростремительной силы ($F_ц = \frac{mv^2}{R}$), которая удерживает автомобиль на криволинейной траектории за счет силы трения. Снижение скорости ($v$) и увеличение радиуса поворота ($R$) приводят к уменьшению $F_ц$, что предотвращает занос автомобиля, так как требуемая центростремительная сила не превышает максимальную силу трения колес о дорогу.