Номер 2, страница 97 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Обсуди с товарищами. § 20. Динамика криволинейного движения. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - номер 2, страница 97.

2. Почему на поворотах железной дороги машинист замедляет движение поезда?

2. Решение

Движение поезда на повороте железной дороги является примером криволинейного движения. Согласно законам механики, для того чтобы тело двигалось по криволинейной траектории, на него должна действовать сила, направленная к центру кривизны этой траектории. Эта сила называется центростремительной, и она сообщает телу центростремительное ускорение.

Величина центростремительной силы $F_ц$ зависит от массы тела $m$, его скорости $v$ и радиуса кривизны траектории $R$. Она вычисляется по формуле:

$F_ц = m \frac{v^2}{R}$

В случае движения поезда эту силу создают рельсы, действуя на гребни колес и заставляя состав поворачивать. Однако сила, которую могут выдержать рельсы и колесные пары, не бесконечна.

Из формулы видно, что необходимая центростремительная сила пропорциональна квадрату скорости движения ($F_ц \sim v^2$). Это означает, что даже небольшое увеличение скорости приводит к значительному росту силы, необходимой для удержания поезда на рельсах. Например, если увеличить скорость в 2 раза, то требуемая центростремительная сила возрастет в 4 раза.

Если скорость поезда на повороте будет слишком большой, требуемая центростремительная сила может превысить предельную силу, которую способны обеспечить рельсы. В такой ситуации поезд не сможет совершить поворот, и из-за инерции он сойдет с рельсов, что приведет к аварии.

Чтобы этого избежать, машинист снижает скорость поезда перед поворотом. Уменьшение скорости $v$ приводит к значительному снижению необходимой центростремительной силы $F_ц$, обеспечивая безопасное прохождение закругленного участка пути.

Ответ: Машинист замедляет движение поезда на поворотах для того, чтобы уменьшить величину центростремительной силы, необходимой для изменения направления движения. Эта сила пропорциональна квадрату скорости, и при ее чрезмерном значении поезд может сойти с рельсов из-за инерции.