Номер 127, страница 26 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Инерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона. Законы движения и взаимодействия тел - номер 127, страница 26.

127. Объясните причину того, что при резком торможении автомобиля его передняя часть опускается вниз.

Решение

Явление, при котором передняя часть автомобиля опускается при резком торможении, известно как «клевок» и объясняется фундаментальными законами физики, в частности, инерцией и возникновением момента сил.

1. Инерция. Согласно первому закону Ньютона, всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние. Когда автомобиль движется, его кузов, пассажиры и груз обладают инерцией, то есть стремятся продолжать движение вперед с той же скоростью.

2. Точки приложения сил. Во время торможения на автомобиль действуют две основные горизонтальные силы:

• Сила торможения (сила трения между тормозными колодками и дисками, а также между шинами и дорогой). Эта сила приложена к колесам, то есть очень низко, на уровне дорожного покрытия. Она направлена против движения.
• Сила инерции. Ее можно считать приложенной к центру масс автомобиля. Центр масс находится значительно выше уровня дороги (приблизительно на уровне середины кузова). Эта сила направлена по ходу движения.

3. Возникновение вращающего момента. Поскольку сила торможения и сила инерции направлены в противоположные стороны и приложены на разной высоте, они образуют пару сил. Эта пара сил создает вращающий момент (крутящий момент), который стремится повернуть (наклонить) автомобиль вперед вокруг его поперечной оси.

4. Работа подвески. Кузов автомобиля соединен с колесами не жестко, а через упругую подвеску (пружины и амортизаторы). Под действием возникшего вращающего момента передняя часть кузова опускается, сжимая пружины передней подвески. Одновременно с этим задняя часть автомобиля разгружается и, соответственно, приподнимается, так как пружины задней подвески разжимаются. Визуально это воспринимается как «клевок» автомобиля носом.

Таким образом, сочетание инерции центра масс и действия тормозной силы у поверхности дороги приводит к появлению опрокидывающего момента, который и заставляет переднюю часть автомобиля опускаться.

Ответ: При резком торможении передняя часть автомобиля опускается из-за действия инерции. Сила торможения прикладывается к колесам на уровне дороги, в то время как центр масс автомобиля, который по инерции продолжает двигаться вперед, расположен выше. Эта разница в высотах приложения сил создает вращающий момент, который заставляет кузов автомобиля наклоняться вперед, сжимая пружины передней подвески и приподнимая заднюю часть.