Гоночный автомобиль едет по треку, имеющему на повороте радиус R - 50 м, со скоростью 28 м/с. Определите, не вылетит ли с трека автомобиль. Коэффициент трения колёс автомобиля о дорогу равен 0,4. Сделайте рисунок, расставьте все силы,
действующие на автомобиль. Очень с рисунком
Для начала, давайте разберемся с основными силами, действующими на автомобиль при прохождении поворота. На рисунке, который я нарисую, покажу все силы:
1. Сила тяжести G направлена вертикально вниз. Ее величина равна массе автомобиля, умноженной на ускорение свободного падения g (приближенно равное 9,8 м/с²).
2. Силa нормальной реакции N. Эта сила направлена вдоль наклонной поверхности трека и перпендикулярна к поверхности. Ее величина равна проекции силы тяжести на перпендикуляр к наклонной поверхности.
3. Сила трения Fтр. Эта сила направлена вдоль наклонной поверхности в противоположную сторону движения автомобиля. Ее величина определяется коэффициентом трения колес автомобиля о дорогу и нормальной реакцией: Fтр = μN, где μ - коэффициент трения, N - сила нормальной реакции.
4. Сила сцепления Fсц. Эта сила направлена по радиусу поворота. В данной задаче она равна нулю, так как автомобиль не движется сбоку.
Теперь давайте рассмотрим основные составляющие силы трения Fтр. Чтобы сделать рассуждения понятными для школьника, я буду использовать аналогию с попыткой двигать тяжелый ящик по полу:
Представьте, что вы пытаетесь сдвинуть тяжелый ящик по полу. Если на полу нет какой-либо сухой субстанции или покрытия, то ящик будет очень тяжело сдвигаться. Это означает, что сила трения колес автомобиля будет довольно большой и будет препятствовать движению автомобиля по повороту. Однако, если вы насыпете песок или соль на пол, то ящик будет гораздо легче сдвигаться, потому что трение снизится. В данной задаче коэффициент трения равен 0,4, что означает, что сила трения Fтр будет равна 0,4*N.
Как вы помните, чтобы автомобиль не вылетел с трека, сила трения должна быть достаточно большой, чтобы препятствовать силе центробежности. Формула для центробежной силы Fц равна m*v²/R, где m - масса автомобиля, v - его скорость, R - радиус поворота.
Теперь давайте решим задачу:
1. Найдем силу центробежности Fц:
Fц = m*v²/R
2. Найдем силу трения Fтр:
Fтр = μ*N
3. Найдем нормальную реакцию N:
N = m*g*cos(θ)
4. Подставим значение N в формулу для силы трения и найдем ее величину:
Fтр = μ*N
5. Сравним величину силы трения с силой центробежности:
Если Fтр >= Fц, то автомобиль не вылетит с трека. Если Fтр < Fц, то автомобиль вылетит с трека.
Кажется, что все готово для решения задачи. Теперь я нарисую рисунок, чтобы все было наглядно и понятно.