Часть I, II. 2020 год
При ознакомлении с демонстрационным вариантом контрольных измерительных материалов 2020 г. следует иметь в виду, что задания, включённые в демонстрационный вариант, не отражают всех вопросов содержания, которые будут проверяться с помощью вариантов КИМ в 2020 г. Полный перечень вопросов, которые могут контролироваться на едином государственном экзамене 2020 г., приведён в кодификаторе элементов содержания и требований к уровню подготовки выпускников образовательных организаций для проведения единого государственного экзамена 2020 г. по физике.
Назначение демонстрационного варианта заключается в том, чтобы дать возможность любому участнику ЕГЭ и широкой общественности составить представление о структуре будущих КИМ, количестве и форме заданий, об уровне их сложности. Приведённые критерии оценки выполнения заданий с развёрнутым ответом, включённые в этот вариант, дают представление о требованиях к полноте и правильности записи развёрнутого ответа.
Эти сведения позволят выпускникам выработать стратегию подготовки и сдачи ЕГЭ.
1. Материальная точка движется прямолинейно с постоянным ускорением. График зависимости её координаты x от времени t изображён на рисунке. Какова проекция ускорения материальной точки?
Ответ: м/с2 2. Две звезды одинаковой массы m притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю F. Во сколько раз больше будет модуль сил притяжения между другими двумя звёздами, если расстояние между их центрами в два раза больше, а массы звёзд равны 2m и 3m?
3. Шарик массой 100 г падает с некоторой высоты. Начальная скорость шарика равна нулю. Его кинетическая энергия при падении на землю равна 6 Дж, а потеря энергии за счёт сопротивления воздуха составила 1 Дж. С какой высоты упал шарик?
Ответ: м
4. Пружинный маятник совершает незатухающие колебания с периодом 0,5 с. В момент времени t = 0 отклонение груза маятника от положения равновесия максимально. Сколько раз потенциальная энергия маятника достигнет своего максимального значения на интервале времени от 0 до 1 с?
Ответ: 5. Автомобиль массой 3 т проезжает верхнюю точку выпуклого моста, радиус кривизны которого равен 50 м, двигаясь с постоянной скоростью 36 км/ч. Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения, характеризующие движение автомобиля.
1. Сила тяжести, действующая на автомобиль, равна 33000 Н.
2.
Сила, с которой мост действует на автомобиль, меньше 23000 Н и направлена вертикально вверх.
3.
Сила, с которой автомобиль действует на мост, направлена вертикально вверх.
5. Центростремительное ускорение автомобиля равно 2 м/с2. Ответы №№:
6. Подвешенный на пружине груз совершает свободные вертикальные гармонические колебания. Пружину заменили на другую, жёсткость которой меньше, оставив массу груза и амплитуду колебаний неизменными. Как при этом изменятся частота свободных колебаний груза и его максимальная скорость?
1) увеличилась
2) уменьшилась
3) не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины.
Цифры в ответе могут повторяться.
7. Тело массой 200 г движется вдоль оси Ох, при этом его координата изменяется во времени в соответствии с формулой х(t) = 15 + 6t – 3t2 (все величины выражены в СИ). Установите соответствие между физическими величинами и формулами, выражающими их зависимости от времени в условиях данной задачи.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ | ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ |
| А) кинетическая энергия тела Б) перемещение тела |
1) 15 + 6t 2) 0,1(6 – 6t)2 3) 15 – 6t + 3,6t2 4) 6t – 3t2 |
8. В сосуде находится некоторое количество идеального газа. Во сколько раз уменьшится объём газа, если он перейдёт из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок)?
9. В некотором процессе газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 20 кДж. При этом внутренняя энергия газа увеличилась на 40 кДж. Определите работу, которую совершили внешние силы, сжав газ.
10. Относительная влажность воздуха в сосуде, закрытом поршнем, равна 40%. Во сколько раз необходимо уменьшить объём сосуда, чтобы водяной пар в нём стал насыщенным?
Ответ:в раз(а) 11. В среду и четверг температура воздуха была одинаковой. Парциальное давление водяного пара в атмосфере в четверг было меньше, чем в среду. Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения и укажите их номера.
1) Масса водяных паров, содержащихся в 1 м3 воздуха, в четверг была больше, чем в среду.
2) Относительная влажность воздуха в четверг была меньше, чем в среду.
3) Концентрация молекул водяного пара в воздухе в среду и четверг была одинаковой.
5) Плотность водяных паров, содержащихся в воздухе, в четверг была меньше, чем в среду.
Ответы №№:
12. На рисунках приведены графики А и Б двух процессов: 1–2 и 3–4, происходящих с 1 моль неона. Графики построены в координатах p–V и V–T, где p – давление; V – объём и T – абсолютная температура газа. Установите соответствие между графиками и утверждениями, характеризующими изображённые на графиках процессы. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| ГРАФИКИ | УТВЕРЖДЕНИЯ |
| 1) Над газом совершают работу, при этом его внутренняя энергия увеличивается. 2) Газ получает положительное количество теплоты, при этом его внутренняя энергия увеличивается. 3) Над газом совершают работу, при этом газ отдаёт положительное количество теплоты. 4) Внутренняя энергия газа уменьшается, при этом газ отдаёт положительное количество теплоты. |
13. На рисунке показаны сечения двух параллельных длинных прямых проводников и направления токов в них. Сила тока I1 в первом проводнике больше силы тока I2 во втором. Куда направлен относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вектор индукции магнитного поля этих проводников в точке А, расположенной точно посередине между проводниками? Ответ запишите словом (словами).
14. Пять одинаковых резисторов с сопротивлением 3 Ом соединены в электрическую цепь, через которую течёт ток I (см. рисунок). Идеальный вольтметр показывает напряжение 9 В. Чему равна сила тока I?
Ответ: А
15. На рисунке приведён график зависимости силы тока I от времени t в электрической цепи, содержащей катушку, индуктивность которой 2 мГн. Определите модуль ЭДС самоиндукции в катушке в интервале времени от 15 до 20 с.
16. Катушка № 1 включена в электрическую цепь, состоящую из источника постоянного напряжения и реостата. Катушка № 2 помещена внутрь катушки № 1, и её обмотка замкнута. Вид с торца катушек представлен на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения, характеризующие процессы в цепи и катушках при перемещении ползунка реостата вправо.
1) Сила тока в катушке № 1 увеличивается.
2) Модуль вектора индукции магнитного поля, созданного катушкой № 1, увеличивается.
3) В катушке № 2 индукционный ток направлен по часовой стрелке.
4) Вектор магнитной индукции магнитного поля, созданного катушкой № 2 в её центре, направлен от наблюдателя.
Ответы №№:
17. Световой пучок входит из воздуха в стекло (см. рисунок). Что происходит при переходе света из воздуха в стекло с частотой электромагнитных колебаний в световой волне и скоростью их распространения?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
18. В опыте нить накала лампочки расположена вблизи главной оптической оси тонкой линзы с фокусным расстоянием F перпендикулярно этой оси. Расстояние а от линзы до спирали равно 3F. Сначала в опыте использовали рассеивающую линзу, а затем – собирающую. Установите соответствие между видом линзы, использовавшейся в опыте, и свойствами изображения.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| ВИД ЛИНЗЫ |
СВОЙСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ |
| А)
линза рассеивающая Б) линза собирающая |
1) действительное, увеличенное, перевёрнутое 2) мнимое, прямое, уменьшенное 3) действительное, уменьшенное, перевёрнутое 4) мнимое, увеличенное, перевёрнутое |
19. На рисунке представлен фрагмент Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Под названием каждого элемента приведены массовые числа его основных стабильных изотопов. При этом нижний индекс около массового числа указывает (в процентах) распространённость изотопа в природе. Укажите число протонов и число нейтронов в ядре самого распространённого стабильного изотопа калия.
Число протонов. Число нейтронов:
20. Две монохроматические электромагнитные волны, длины волн которых связаны условием λ1/λ2 = 2, распространяются в вакууме. Определите отношение энергий фотонов этих волн. Е1/Е2.
21. Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность захвата атомным ядром одного из ближайших к нему электронов. Как при захвате электрона изменяются массовое число и заряд атомного ядра?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
22. Чему равна сила тока в лампочке (см. рисунок), если погрешность прямого измерения силы тока амперметром на пределе измерения 3А равна 0,15А, а на пределе измерения 0,6 А равна 0,03 А?
23. Ученику необходимо на опыте обнаружить зависимость объёма газа, находящегося в сосуде под подвижным поршнем, от внешнего давления. У него имеются пять различных сосудов с манометрами. Сосуды наполнены одним и тем же газом при различной температуре и давлении (см. таблицу). Какие два сосуда необходимо взять ученику, чтобы провести данное исследование? Запишите в таблицу номера выбранных сосудов.
| № сосуда | Давление, кПа | Температура газа в сосуде, °С | Масса газа, г |
| 1 | 150 | 50 | 10 |
| 2 | 200 | 50 | 15 |
| 3 | 150 | 20 | 15 |
| 4 | 150 | 20 | 10 |
| 5 | 200 | 20 | 15 |
Ответы №№:
24. На рисунке представлена диаграмма Герцшпрунга – Рессела.
Выберите все верные утверждения о звёздах.
1) Радиус звезды Бетельгейзе почти в 1000 раз превышает радиус Солнца, а значит она относится к сверхгигантам.
2) Плотность белых карликов существенно больше средней плотности гигантов.
3) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса K главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса В главной последовательности.
4) Температура поверхности звёзд спектрального класса G выше температуры поверхности звёзд спектрального класса А.
5) Звезда Антарес имеет температуру поверхности 3300 К и относится к звёздам спектрального класса А.
Часть II.
25. Кусок льда опустили в термос с водой. Начальная температура льда 0 °С, начальная температура воды 30 °С. Теплоёмкостью термоса можно пренебречь. При переходе к тепловому равновесию часть льда массой 210 г растаяла. Чему равна исходная масса воды в термосе?
26. Детектор полностью поглощает падающий на него свет длиной волны λ = 400 нм. Поглощаемая мощность Р = 1,1·10–14 Вт. За какое время детектор поглотит N = 4·105 фотонов?
27. Опираясь на законы физики, найдите показание идеального вольтметра в схеме, представленной на рисунке, до замыкания ключа К и опишите изменения его показаний после замыкания ключа К. Первоначально конденсатор не заряжен.
1) показания увеличатся
2) показания уменьшатся
3) показания не изменятся
28. Сталкиваются и слипаются два разных по массе пластилиновых шарика, причём векторы их скоростей непосредственно перед столкновением направлены навстречу друг другу и одинаковы по модулю: v1 = v2 = 1 м/с. Во сколько раз масса тяжёлого шарика больше, чем лёгкого, если сразу после столкновения их скорость стала равной (по модулю) 0,5 м/с?
29. Пластилиновый шарик в момент t = 0 бросают с горизонтальной поверхности Земли с начальной скоростью v0 под углом α к горизонту. Одновременно с некоторой высоты над поверхностью Земли начинает падать из состояния покоя другой такой же шарик. Шарики абсолютно неупруго сталкиваются в воздухе. Сразу после столкновения скорость шариков направлена горизонтально. В какой момент времени τ шарики упадут на Землю? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Вычислите результат, если v0 = 20 м/с; α = 30°.
30. В вертикальном цилиндре с гладкими стенками, открытом сверху, под поршнем находится одноатомный идеальный газ. В начальном состоянии поршень массой M и площадью основания S покоится на высоте h, опираясь на выступы (см. рис. 1). Давление газа p0 равно внешнему атмосферному. Какое количество теплоты Q нужно сообщить газу при медленном его нагревании, чтобы поршень оказался на высоте H (см. рис. 2)? Тепловыми потерями пренебречь.
Вычислите результат, если М = 1 кг; s = 1 см2; p0 = 105 Па; h = 20 см; H = 50 см.
31. По горизонтально расположенным шероховатым рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением могут скользить два одинаковых стержня массой 100 г и сопротивлением 0,1 Ом каждый. Расстояние между рельсами 10 см, а коэффициент трения между стержнями и рельсами 0,1. Рельсы со стержнями находятся в однородном вертикальном магнитном поле с индукцией 1 Тл (см. рисунок). Под действием горизонтальной силы, действующей на первый стержень вдоль рельс, оба стержня движутся поступательно равномерно с разными скоростями. Какова скорость движения первого стержня относительно второго? Самоиндукцией контура пренебречь.
32. В плоскости, параллельной плоскости тонкой собирающей линзы, по окружности со скоростью 5 м/с движется точечный источник света. Расстояние между плоскостями 15 см. Центр окружности находится на главной оптической оси линзы. Фокусное расстояние линзы 10 см. Найдите скорость движения изображения точечного источника света. Сделайте пояснительный чертёж, указав ход лучей в линзе.
Силы действующие на автомобиль при движении. Силы действующие на колесо автомобиля Колесо автомобиля буксует куда направлена сила трения
Предыдущая 1 .. 10 > .. >> Следующая333. Брусок двигают вправо (рис. 82). Куда направлена сила трения скольжения?
334. Лестница у стены занимает положение, изображенное на рисунке 83. Укажите направление силы трения в местах соприкосновения лестницы со стеной и полом.
335. Брусок движется равномерно (рис. 84). Куда направлены сила упругости нити и сила трения скольжения, возникающая при движении бруска по поверхности стола? Чему равна равнодействующая этих сил?
336. Колесо автомобиля буксует (рис. 85). Куда направлена сила трения скольжения между буксующим колесом и дорогой? сила трения покоя (упругости дороги)?
Рис. 86
Рис. 87
837. Книга прижата к вертикальной поверхности (рис. 86). Изобразите графически направления сил тяжести и трения покоя, действующих на книгу.
338. Тележка равномерно движется (см. рис. 79). Какая сила приводит в движение груз, лежащий на тележке? Куда она направлена?
339. На транспортере движется ящик с грузом (без скольжения). Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортера и ящиком?
340. Если автобус равномерно движется по горизонтальному пути, чему равна сила трения покоя?
341. Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно движется. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашют?
342. С помощью динамометра равномерно перемещают брусок (см. рис. 82). Чему равна сила трения скольжения между бруском и поверхностью стола? (Цена деления динамометра 1 Н.)
343. Зубья пилы разводят в разные стороны от плоскости пилы. На рисунке 87 показаны пропилы, сделанные неразведенной и разведенной пилами. Какой пилой труднее пилить: разведенной или неразведенной? Почему?
344. Приведите примеры, когда трение полезно и когда оно приносит вред.
17. ДАВЛЕНИЕ1
345. Два тела равного веса поставлены на стол так, как показано на рисунке 88 (слева). Одинаковое ли давление они производят на стол? Если эти тела поставить на чашки весов, то нарушится ли равновесие весов?
346. Одинаковое ли давление оказываем мы на карандаш, затачивая его тупым и острым ножом, если прилагаемое нами усилие одно и то же?
1 При расчетах принимать g=10 Н/кг.
37
347. Перемещая одинаковый груз (рис. 89), мальчики в первом случае прикладывают большую силу, чем во втором. Почему? В каком случае давление груза на пол больше? Почему?
348. Зачем у лопаты верхний край, на который надавливают ногой, изогнут?
349. Для чего у косилки, соломорезки и других сельскохозяйственных машин режущие части должны быть остро отточены?
350. Зачем для проезда по болотистым местам делают настил из хвороста, бревен или досок?
351. Когда скрепляют болтом деревянные бруски, под гайку и головку болта подкладывают широкие металлические плоские кольца — шайбы (рис. 90). Для чего это делают?
352. Для чего при вытаскивании гвоздей из доски подкладывают под клещи железную полоску или дощечку?
353. Объясните назначение наперстка, надеваемого на палец при шитье иглой.
354. В одних случаях давление стараются уменьшить, а в других — увеличить. Приведите примеры, где в технике или в быту уменьшают, а где увеличивают давление.
355. На рисунке 91 изображен кирпич в трех положениях. При каком положении кирпича давление на доску будет наименьшим? наибольшим?
Рис. 89
Рис. 91
Рис. 90
38
3
Рис. 92
Рис. 93
356. Одинаковое ли давление производят на стол кирпичи, расположенные так, как показано на рисунке 92?
357. Два кирпича поставлены друг на друга так, как показано на рисунке 93. Одинаковы ли силы, действующие на опору, и давление в обоих случаях?
358. Розетки прессуют из специальной массы (барка-литовой), действуя на нее силой 37,5 кН. Площадь розетки 0,0075 м2. Под каким давлением находится розетка?
359. Площадь дна кастрюли равна 1300 см2. Вычислите, на сколько увеличится давление кастрюли на стол, если в нее налить воду объемом 3,9 л.
360. Какое давление на пол производит мальчик, масса которого 48 кг, а площадь подошв его обуви 320 см2?
361. Спортсмен, масса которого 78 кг, стоит на лыжах. Длина каждой лыжи 1,95 м, ширина 8 см. Какое давление оказывает спортсмен на снег?
362. Токарный станок массой 300 кг опирается на фундамент четырьмя ножками. Определите давление станка на фундамент, если площадь каждой ножки 50 см2.
363. Лед выдерживает давление 90 кПа. Пройдет ли по этому льду трактор массой 5,4 т, если он опирается на гусеницы общей площадью 1,5 м2?
364. Двухосный прицеп с грузом имеет массу 2,5 т. Определите давление, оказываемое прицепом на дорогу, если площадь соприкосновения каждого колеса с дорогой равна 125 см2.
365. На железнодорожную двухосную платформу поставили артиллерийское орудие массой 5,5 т. На сколько увеличилось давление платформы на рельсы, если площадь соприкосновения колеса с рельсом 5 см2?
366. Вычислите давление, производимое на рельсы четырехосным груженым вагоном массой 32 т, если площадь соприкосновения колеса с рельсом 4 см2.
39
Рис. 95
Рис. 96
367. Какое давление оказывает на грунт гранитная колонна, объем которой 6 м3, если площадь основания ее 1,5 м*?
368. Можете ли вы гвоздем оказать давление 105 кПа? Рассчитайте, какую силу для этого надо приложить к головке гвоздя, если площадь острия гвоздя равна 0,1 мм2.
СОБСТВЕННО, на скользкой дороге вам грозят три основные опасности.
Снос — увод передней оси (или всего автомобиля) с заданной траектории наружу поворота. Машина рискует вылететь с проезжей части.
Занос — увод с траектории задней оси. Может вызвать неконтролируемое вращение автомобиля.
Скольжение — явление, когда все четыре колеса теряют контакт с дорожным покрытием и машина начинает неконтролируемо скользить по прямой.
Но прежде чем переходить к советам по борьбе с заносом и пр., необходимо упомянуть о других факторах, которые не имеют прямого отношения к расположению ведущих колес, однако во многом определяют поведение автомобиля на зимних трассах.
Покрышки
КАКИЕ зимние шины выбрать — с шипами или без? Многие водители, проживающие в больших городах, предпочитают нешипованную резину. Ведь снег с улиц мегаполисов убирают достаточно неплохо, и большую часть времени вы ездите по чистому, разве что влажному асфальту. В таких условиях нешипованная покрышка по меньшей мере комфортнее, в первую очередь — тише. Однако если машина неожиданно попадает на участок, покрытый льдом, то здесь все преимущества — за шипами; они преодолеют подобное препятствие практически без проблем. Зато у шипованных покрышек помимо большей шумности есть и другие минусы. Они, как правило, менее предсказуемы в управлении и резче срываются в юз на мокром асфальте. А восстанавливая сцепление со снегом или льдом, шипованная резина прекращает скольжение также более резко и порой неожиданно для водителя. Все эти нюансы надо учитывать при езде на том или ином типе зимних покрышек.
Антиблокировочная система
СОВРЕМЕННЫМ автолюбителям уже не надо объяснять, что АБС позволяет машине даже при аварийном торможении сохранить управляемость, тем самым давая водителю шанс сманеврировать и объехать препятствие. Если ваша машина не оборудована АБС (что сегодня уже редкость), помните, что тормозить надо аккуратно, не давая колесам заблокироваться. В противном случае автомобиль станет неуправляемым и поедет по прямой, куда бы вы ни поворачивали руль. Почувствовав начало скольжения, немного отпустите педаль, снова прижмите — и дальше тормозите так же прерывисто, на грани блокировки шин.
А вот при наличии АБС действовать следует строго наоборот — давить на тормоз что есть силы, не обращая внимания на треск и вибрацию педали. Только так замедление будет наиболее эффективным и автомобиль остановится максимально быстро.
Электронная система стабилизации
НА МАШИНАХ разных марок она может называться по-разному: ESP, DSC и т.д. Это не суть важно, поскольку назначение у этих систем одно — стабилизировать курсовую устойчивость автомобиля. А важно то, что владельцы автомобилей, оснащенных ESP, зачастую ведут себя на дороге излишне самоуверенно — мол, электроника всегда выручит. Увы, далеко не всегда. Система стабилизации способна исправить небольшие огрехи пилотирования, но если вы совершите серьезную ошибку, электроника может оказаться бессильной… Однако для неискушенного водителя наличие подобных страхующих устройств — большое благо. В ряде случаев они могут хотя бы частично компенсировать недостаток опыта: притормозить буксующее колесо, временно ограничить крутящий момент на ведущих колесах, довернуть руль на небольшой угол.. Причем в идеальном случае человек, сидящий за рулем, даже не успевает осознать, что допустил небольшой огрех в пилотировании, который тут же исправил электронный помощник.
Тип коробки передач
НА ВОПРОС, какой тип коробки передач лучше, однозначного ответа нет. У “механики” и “автомата” есть свои достоинства и недостатки. К примеру, МКПП позволяет при умелом обращении интенсивнее тормозить двигателем, быстрее переключать передачи, вовремя “воткнуть” ту скорость, которая в данный момент более предпочтительна. А в экстренных ситуациях “механика”, допускает быстрое переключение на более низкую передачу для увеличения тяги на ведущих колесах.
Автоматические трансмиссии, несмотря на некоторую задержку при переключениях, несомненно, удобнее для повседневной езды по городу. Тем не менее владельцам автомобилей с АКПП следует учитывать, что в ряде случаев электроника переключает передачи по своему усмотрению. В том числе в поворотах, что из-за кратковременной потери тяги на ведущих колесах может привести к потере устойчивости на скользком покрытии. Чтобы этого не произошло, следует задействовать специальный зимний режим работы трансмиссии (на тех машинах, где он предусмотрен) или ограничить диапазон используемых передач (в зависимости от конструкции коробки).
ПЕРЕДНИЙ ПРИВОД
Борьба с инстинктами
Об особенностях управления переднеприводным автомобилем в зимних условиях рассказывает тренер-инструктор школы искусства вождения “Driving Art” Максим Кузенов.
ПРИ ДВИЖЕНИИ по прямой машина с передними ведущими колесами ведет себя достаточно уверенно даже на скользкой дороге. В результате водитель перестает придавать значение состоянию покрытия, думая, что все под контролем, расслабляется, а когда впереди появляется поворот — входит в него на слишком большой скорости. Переднеприводный автомобиль в этом случае начинает скользить передней осью наружу виража. То есть его сносит.
Начинающий водитель, не готовый к такому развитию событий, обычно пытается “запихнуть” машину в поворот, поворачивая руль на больший угол, чем требуется. Но тем самым он только усугубляет ситуацию. Более опытные автомобилисты часто совершают другую ошибку: слишком резко нажимают педаль газа, стремясь “вытянуть” автомобиль на правильную траекторию. Это тоже больше вредит, чем помогает. Избыток тяги заставляет колеса буксовать, их сцепление с дорогой ухудшается, и снос усиливается.
Как этого избежать? Главное — не паниковать. Почувствовав, что передние колеса начали скользить наружу поворота, не пытайтесь увеличить угол поворота руля. Инстинкт требует именно таких действий, но ничего хорошего из них не выйдет. Действовать надо наоборот — немного выпрямить колеса (тогда их сцепление с дорогой быстрее восстановится), а уже после этого возвращать автомобиль на верную траекторию. Хотя психологически очень сложно (как ни странно, особенно для водителей с большим стажем вождения) повернуть баранку в ту сторону, куда машину и так уже несет…
Вообще помните, что любые резкие движения на скользкой дороге крайне нежелательны. Они нарушают баланс машины. Поэтому руль надо поворачивать быстро, но плавно. Без рывков. В противном случае вы рискуете спровоцировать так называемый “динамический хлыст” — неконтролируемые колебания автомобиля, которые приведут к полной потере контроля над ним.
Одновременно с работой рулем следует немного уменьшить подачу топлива и даже, может быть, слегка нажать на тормоз или выключить и тут же включить сцепление. Тем самым вы дополнительно загрузите передние колеса, и они снова зацепятся за дорогу.
Рассмотрим другой вариант развития событий — когда, испугавшись высокой скорости или заметив какое-либо препятствие, водитель в повороте резко отпускает педаль газа и нажимает на тормоз. В этом случае вместо сноса передней оси начинается занос задней. Сила инерции преобразуется в центробежную силу, стремящуюся развернуть машину вокруг передних колес. Задняя ось начинает скользить наружу поворота. (К таким же последствиям может привести и переключение передач в тот момент, когда автомобиль едет по дуге.)
Чтобы выйти из такой ситуации, в первую очередь надо повернуть руль в сторону заноса. То есть в том направлении, куда вы хотите поехать. При этом надо слегка (ни в коем случае не до пола!) нажать педаль газа, чтобы передние ведущие колеса вытянули машину из заноса. В тот момент, когда автомобиль начнет выравниваться, поставьте руль прямо. Но газ не отпускайте! Таким образом, для успешного выхода из заноса вам снова придется побороть подсознательное стремление отпустить педаль газа и экстренно затормозить.
Есть еще несколько важных психологических моментов. Если, к примеру, машина начала скользить и ее несет в сторону обочины, не смотрите туда! Взгляд водителя всегда должен быть направлен в том направлении, куда он намеревается ехать.
Если чувствуете, что потеряли контроль над ситуацией и справиться с машиной не удается, не продолжайте безуспешные попытки. Неумелые действия обычно приводят к самым серьезным авариям. Лучше поставьте руль в нулевое положение, нажмите на тормоз и ждите. Если повезет, через некоторое время автомобиль сам стабилизируется и остановится…
Всегда помните, что в вираже надо двигаться на постоянном газу. Выбирать правильную передачу и скорость надо еще до начала поворота, пока автомобиль движется по прямой. Рисковать не стоит. Я советую совершать маневр на заведомо заниженной скорости — лучше перестраховаться и пройти поворот не так быстро, как хотелось бы, зато безопасно.
Если автомобиль оборудован “механикой”, не рекомендую постоянно держать левую ногу над педалью сцепления. В критической ситуации вы можете непроизвольно нажать на педаль и из-за этого потерять контроль над машиной.
Наконец, имейте в виду, что даже опытные водители порой совершают ошибки. Поэтому лучше не полагаться на свое умение выходить из критических ситуаций, а вообще не попадать в них.
Почувствовав, что передние колеса начали скользить, не пытайтесь увеличить угол поворота руля!
ЗАДНИЙ ПРИВОД
Главное — не горячиться
Своим опытом управления заднеприводным автомобилем в зимних условиях делится шеф-инструктор школы водительского мастерства BMW Денис Вагин.
НА СНЕГУ, на льду или на чистом асфальте заднеприводный автомобиль ведет себя практически одинаково. Незначительные отличия лишь в интенсивности действий водителя, которые должны соответствовать надежности сцепления колес с дорожным покрытием. Тем не менее зимой на заднеприводном автомобиле ездить сложнее. Хотя бы потому, что задняя часть у большинства современных машин немного легче передней, а соответственно ведущие колеса слабее прижимаются к дороге. Именно поэтому при езде по снегу и льду первые проблемы начинаются еще при трогании с места. Избыток газа и резкий бросок сцепления — ошибка довольно распространенная. Из-за этого в лучшем случае ведущие колеса просто забуксуют. Хуже, если машину развернет поперек дороги. Поэтому резких движений следует избегать уже при старте.
В остальном в черте города, где снег худо-бедно чистят, зимняя езда почти не отличается от летней. Только скорость стоит держать поменьше, чем в теплое время года, а дистанцию с другими машинами — побольше. А вот обледеневшая загородная трасса зачастую становится крайне опасной. Неосторожное прибавление газа в любой момент может привести к заносу. Прохождение знакомого поворота с привычной по лету скоростью зимой чревато сносом передней оси. В обоих случаях автомобиль стремится выйти из-под контроля. Резкое торможение только усугубляет ситуацию. Что же делать?
В любом случае надо помнить, что для заднеприводного автомобиля снос значительно опаснее заноса. Почему? Потому, что восстановить связь с дорогой передних колес, не имеющих тяги, очень сложно. Почти невозможно, пока автомобиль полностью не остановится. Стоит начаться сносу, как машина превращается в неуправляемый снаряд. Чтобы избежать этого, не поворачивайте руль в поворотах на слишком большой угол. Лучше его немного не докрутить, чем перекрутить и потерять контроль над автомобилем.
Если все же снос начался, то в первую очередь следует снять ногу с педали газа. Это просто, поскольку и рефлекс того же требует. При этом не стоит делать резких маневров рулем. Больше вообще ничего предпринимать не надо — только ждать, когда передние колеса вновь зацепятся за дорогу. Рано или поздно (разумеется, счет идет на доли секунд) это произойдет, главное — этому не мешать. И ни в коем случае не пытаться (вот здесь придется преодолеть инстинкт!) довернуть руль на больший угол — снос от этого только усилится.
Иное дело занос. С ним на заднеприводной модели вполне можно бороться активно. В самом начале заноса достаточно лишь немного уменьшить газ и плавно выровнять рулем траекторию автомобиля. В этом случае физика процесса не противоречит рефлекторным действиям водителя. Главное — не суетиться. Своевременный поворот руля зачастую приводит к успеху. Конечно, это требует определенных навыков и изрядной доли хладнокровия. Паника может обойтись дорого.
В частности, важно перебороть себя и воздержаться от удара по тормозам и сцеплению — это только ухудшит связь колес с дорогой, и последствия могут быть плачевными. Повторю: надо просто отпустить педаль газа, чтобы задние колеса подтормаживались двигателем, — это поможет стабилизировать автомобиль. После чего можно попытаться выровнять машину, поворачивая руль (очень плавно!) сначала в сторону заноса, а затем в противоположную, возвращая автомобиль на заданную траекторию. И еще раз: главное — не паниковать и не предпринимать резких торможений!
Передачу ни в коем случае нельзя выключать и при спуске с горы. В этом случае тоже безопаснее всего замедляться с помощью двигателя. Тормозами надо пользоваться очень осторожно, периодически приотпуская педаль, чтобы не допустить блокировки колес. На обледеневшем склоне, едва хотя бы одно колесо заскользит, пиши пропало — машину начнет крутить.
Помните, что для заднеприводного автомобиля снос значительно опаснее заноса!
ПОЛНЫЙ ПРИВОД
Следите за балансом
О нюансах зимней езды на полноприводных автомобилях рассказывает шеф-инструктор школы водительского мастерства “quattro”, заслуженный мастер спорта, обладатель кубка Европы по ралли Евгений Васин:
ЧАСТО приходится слышать, что в критической ситуации полноприводная машина менее понятна в управлении, чем автомобили с приводом на одну ось. Отчасти с этим можно согласиться, однако примите во внимание: при прочих равных условиях эта самая критическая ситуация у моделей с трансмиссией “4х4” возникает на гораздо более высокой скорости, чем у моноприводных машин. Автомобили с двумя ведущими осями имеют момент-тягу (терминология, принятая в школе “quattro”. — Прим. ред.) на всех четырех колесах, что делает их более стабильными как при движении по прямой, так и на дуге поворота.
С другой стороны, в экстремальной обстановке у полноприводной машины могут проявиться особенности поведения, свойственные автомобилям как с задним, так и с передним приводом. Поэтому на моделях с трансмиссией “4х4” очень важно чувствовать распределение момента-тяги между передней и задней осями. Пробуксовка передних колес вызывает скольжение передней части автомобиля наружу поворота — как на переднеприводных моделях. А буксующие задние колеса, наоборот, срывают его в занос — как заднеприводные автомобили.
Чтобы избежать сноса, прежде всего надо еще до начала маневра выбрать оптимальную скорость, позволяющую машине оставаться на заданной траектории. Но если передние колеса все же заскользили наружу поворота, ни в коем случае не оставляйте их без тяги — надо пытаться, насколько возможно, плавно увеличивать газ. Самое главное — в таких обстоятельствах нельзя резко тормозить или сбрасывать газ. Как только на колесах пропадает тяга, автомобиль едет туда, куда его тащит сила инерции. Если все же пришлось тормозить, то делать это надо очень аккуратно, дозируя усилие на педали тормоза, желательно не доводя до срабатывания АБС.
Самая распространенная ошибка при сносе — поворот руля на больший угол, чем требуется. Наши инструкторы называют такие действия “поставить колеса плугом”. При этом передняя ось смещается наружу и машина выезжает на соседнюю полосу или, хуже того, на столб, дерево, встречное транспортное средство.. На скользком покрытии ни в коем случае нельзя поворачивать баранку на большие углы. Понимание этого приходит лишь с опытом. Между прочим, поэтому в нашей школе нет статических тренажеров для обучения скоростному рулению — все навыки ученики отрабатывают на практике и только в динамике.
Занос полноприводной машины, пожалуй, возникает чаще, чем снос. Особенно зимой на скользком покрытии. Рекомендации по предотвращению заноса общеизвестны: уменьшить скорость перед вхождением в поворот, плавно работать тормозом и газом, аккуратно и на небольшие углы вращать руль. Ну а если вы все же что-то не учли или не так рассчитали, и автомобиль начало разворачивать? Тогда необходимо одновременно с плавным добавлением тяги повернуть руль в сторону заноса и сделать это как можно быстрее.
Вообще, рекомендации, как вести себя на зимней дороге, сводятся к тем же простым правилам: перед любым участком дороги, который вы расцениваете как потенциально опасный, надо заранее принять упреждающие меры. Сбрасываете скорость, выставляете автомобиль на заданную траекторию движения, аккуратно действуете рулем и газом. Вот, собственно говоря, и все.
Правда, жизнь полна неожиданностей, и, несмотря на всю вашу осторожность, машина все же может попасть в критическую ситуацию, исправить которую водителю не под силу. Что делать в таком случае? Мнения специалистов расходятся. Одни считают, что лучше ничего не предпринимать и положиться на волю судьбы, дабы не усугублять и без того опасное положение. Другие предпочитают бороться до конца, используя все свои силы и навыки. Третьи советуют попытаться погасить скорость: тормозить, дотормаживать, включать низшую передачу.. Конечно, универсальных советов нет и быть не может. Все зависит от конкретной ситуации. Но лично я всегда стараюсь придерживаться тактики активного участия в управлении автомобилем, полагаясь на свои знания и опыт.
На полноприводных моделях главное — правильно чувствовать распределение тяги между осями.
Автор Издание Клаксон №24 2007 год Фото Фото “Audi”, BMW и Алексея БАРАШКОВАНа движущийся автомобиль действует ряд сил, часть из которых направлена по оси движения автомобиля, а часть — под углом к этой оси. Условимся называть первые из этих сил продольными, а вторые боковыми.
Рис. Схема сил действующих на ведущее колесо.
а — состояние неподвижности; б — состояние движения
Продольные силы могут быть направлены как по ходу, так и против хода движения автомобиля. Силы, направленные по ходу движения, являются движущимися и стремятся продолжить движение. Силы, направленные против хода движения, являются силами сопротивления и стремятся остановить автомобиль.
На автомобиль, движущийся по горизонтальному и прямому участку дороги, действуют следующие продольные силы:
- тяговая сила
- сила сопротивления воздуха
- сила сопротивления качению
При движении автомобиля в гору возникает сила сопротивления подъему, а при разгоне автомобиля-сила сопротивления разгону (сила инерции).
Тяговая сила
Развиваемый двигателем автомобиля крутящий момент передается на ведущие колеса. В передаче крутящего момента от двигателя к ведущим колесам участвуют механизмы трансмиссии. Крутящий момент на ведущих колесах зависит от крутящего момента двигателя и передаточных чисел коробки передач и главной передачи. В точке касания колес с поверхностью дороги крутящий момент вызывает окружную силу. Противодействие дороги этой окружной силе выражается реактивной силой, передаваемой от дороги на ведущее колесо. Эта сила направлена в сторону движения автомобиля и называется толкающей или тяговой силой. Тяговая сила от колес передается на ведущий мост и далее на раму, заставляя автомобиль двигаться. Величина тяговой силы тем больше, чем больше крутящий момент двигателя и передаточные числа коробки передач и главной передачи. Тяговая сила на ведущих колесах достигает наибольшей величины при движении автомобиля на низшей передаче, поэтому низшую передачу используют при трогании с места автомобиля с грузом, при движении автомобиля по бездорожью. Величина тяговой силы на ведущих колесах автомобиля ограничивается сцеплением шин с поверхностью дороги.
Сила сцепления колес с дорогой
Трение, возникающее между ведущими колесами автомобиля и дорогой, называется силой сцепления. Сила сцепления равна произведению коэффициента сцепления на сцепной вес, т. е. вес, приходящийся на ведущие колеса автомобиля. Величина коэффициента сцепления шин с дорогой зависит от качества и состояния дорожного покрытия, формы и состояния рисунка протектора шины, давления воздуха в шине.
У легковых автомобилей полный вес распределяется по осям примерно поровну. Поэтому сцепной вес его можно принять равным 50% полного веса. У грузовых автомобилей при полной их нагрузке сцепной вес (вес, приходящийся на заднюю ось) составляет примерно 60-70% полного веса.
Величина коэффициента сцепления имеет большое значение для эксплуатации автомобиля и безопасности движения, так как от него зависят проходимость автомобиля, тормозные качества, возможность, пробуксовки и заноса ведущих колес. При незначительном коэффициенте сцепления трогание автомобиля с места сопровождается пробуксовкой, а торможение — скольжением колес. В результате автомобиль иногда не удается тронуть с места, а при торможении происходит резкое увеличение тормозного пути и возникновение заноса.
На асфальтобетонных покрытиях в жаркую погоду на поверхность выступает битум, делая дорогу маслянистой и более скользкой, что снижает коэффициент сцепления. Особенно сильно снижается коэффициент сцепления при смачивании дороги первым дождем, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснежённая или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность подтаивает.
При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы рисунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги.
Исправное состояние рисунка протектора шины имеет большое значение при движении по грунтовым дорогам, снегу, песку, а также по дорогам с твердым покрытием, по покрытым пленкой грязи или воды. Благодаря наличию выступов рисунка опорная площадь уменьшается и, следовательно, возрастает удельное давление на поверхность дороги. При этом легче продавливается грязевая пленка и восстанавливается контакт с дорожным покрытием, а на легком грунте происходит непосредственное зацепление выступов рисунка за грунт.
Повышенное давление воздуха в шине уменьшает ее опорную поверхность, вследствие чего удельное давление возрастает настолько, что при трогании с места и при торможении может произойти разрушение резины и сцепление колес с дорогой уменьшается.
Таким образом, величина коэффициента сцепления зависит от многих условий и может изменяться в довольно значительных пределах. Так как много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, то водители должны уметь приблизительно оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с ним.
Сила сопротивления воздуха
При движении автомобиль преодолевает сопротивление воздуха, которое складывается из нескольких сопротивлений:
- лобового сопротивления (около 55-60% всего сопротивления воздуха)
- создаваемого выступающими частями-подножками автобуса или автомобиля, крыльями (12-18%)
- возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство (10-15%) и др.
Передней частью автомобиля воздух сжимается и раздвигается, в то время как в задней части автомобиля создается разрежение, которое вызывает образование завихрений.
Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой, поверхности автомобиля, его формы, а также от скорости движения. Лобовую площадь грузового автомобиля определяют как произведение колеи (расстояние между шинами) на высоту автомобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля (если скорость возрастает в 2 раза, то сопротивление воздуха увеличивается в 4 раза).
Для улучшения обтекаемости и уменьшения сопротивления воздуха ветровое стекло автомобиля располагают наклонно, а выступающие детали (фары, крылья, ручки дверей) устанавливают заподлицо с внешними очертаниями кузова. У грузовых автомобилей можно уменьшить силу сопротивления воздуха, закрыв грузовую платформу брезентом, натянутым между крышей кабины и задним бортом.
Сила сопротивления качению
На каждое колесо автомобиля постоянно действует вертикальная нагрузка, которая вызывает вертикальную реакцию дороги. При движении автомобиля на него действует сила сопротивления качению, которая возникает вследствие деформации шин и дороги и трения шин о дорогу.
Сила сопротивления качению равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который зависит от давления воздуха в шинах и качества дорожного покрытия. Вот- некоторые значения коэффициента сопротивления качению шин:
- для асфальтобетонного покрытия- 0,014-0,020
- для гравийного покрытия-0,02-0,025
- для песка-0,1-0,3
Сила сопротивления подъему
Автомобильная дорога состоит из чередующихся между собой подъемов и спусков и редко имеет горизонтальные участки большой длины.
При движении на подъем автомобиль испытывает дополнительное сопротивление, которое зависит от угла наклона дороги к горизонту. Сопротивление подъему тем больше, чем больше вес автомобиля и угол наклона дороги. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможности преодоления подъема. Если подъем непродолжительный, его преодолевают с разгоном автомобиля перед подъемом. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее у начала подъема.
При движении автомобиля на спуске сила сопротивления подъему направлена в сторону движения и является движущей силой.
Сила сопротивления разгону
Часть тяговой силы при разгоне затрачивается на ускорение вращающихся масс, главным образом маховика коленчатого вала двигателя и колес автомобиля. Для того чтобы автомобиль начал двигаться с определенной скоростью, ему необходимо преодолеть силу сопротивления разгону, равную произведению массы автомобиля на ускорение. При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направлена в сторону, обратную движению. При торможении автомобиля и замедлении его движения эта сила направлена в сторону движения автомобиля. Бывают случаи, когда при резком разгоне груз или пассажиры падают из открытого , с сидений мотоцикла, а при резком торможении пассажиры ударяются о лобовое стекло или о передний борт автомобиля. Для того чтобы таких случаев не было, необходимо, плавно увеличивая частоту вращения коленчатого вала двигателя, преодолевать силу сопротивления разгону и плавно осуществлять торможение автомобиля.
Центр тяжести
На автомобиль, как и на любое другое тело, действует сила тяжести, направленная вертикально вниз. Центром тяжести автомобиля называют такую точку автомобиля, от которой вес автомобиля распределяется равномерно во всех направлениях. У автомобиля центр тяжести располагается между передней и задней осью на высоте около 0,6 м для легковых и 0,7-1,0 м для грузовых. Чем ниже расположен центр тяжести, тем устойчивее автомобиль против опрокидывания. При загрузке автомобиля грузом центр тяжести поднимается у легковых автомобилей примерно на 0,3-0,4 м, а у грузовых на 0,5 м и более в зависимости от рода груза. При неравномерном укладывании груза центр тяжести может также сместиться вперед, назад или в сторону, при этом будут нарушаться устойчивость автомобиля и легкость управления.
СИЛА ТРЕНИЯ И СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ
Задание 400.
Зачем в гололедицу тротуары посыпают песком?
Ответ
Задание 401.
Зачем зимой задние колеса некоторых грузовых автомобилей перевязывают цепями?
Ответ
Задание 402.
Для чего при спуске воза с горы одно колесо телеги иногда закрепляют так, чтобы оно не вращалось?
Ответ
Задание 403.
Зачем на шинах автомашин, колесных тракторов делают глубокий рельефный рисунок (протектор)?
Ответ
Задание 404.
Зачем осенью у трамвайных линий, проходящих около парков, бульваров и садов, вывешивается предупреждающий знак «Осторожно, листопад!»?
Ответ
Задание 405.
Почему после дождя грунтовая дорога скользкая?
Ответ
Задание 406.
Почему после дождя опасно съезжать на автомобиле по грунтовой дороге под уклон?
Ответ
Задание 407.
Зачем некоторые мастера смазывают мылом шуруп перед ввинчиванием его в скрепляемые детали?
Ответ
Задание 408.
Зачем стапеля, по которым судно спускают в воду, обильно смазывают?
Ответ
Задание 409.
Для чего делается насечка около шляпки гвоздя?
Ответ
Задание 410.
Назовите одну-две детали велосипеда, изготовленные с учетом увеличения силы трения скольжения.
Ответ
Задание 411.
Какие силы трения возникают при движении карандаша в случаях, указанных на рисунке 93, а, б? Куда направлена сила трения, действующая на карандаш, относительно оси карандаша в обоих случаях?
Рис.93
Ответ
Задание 412.
Тележка с грузом движется (рис. 94). Какой вид трения возникает между:
А) столом и колесами;
б) грузом и тележкой;
в) осями колес и корпусом тележки?
Рис.94
Ответ
Задание 413.
Почему кирпичи не скатываются вниз (рис. 95 и 96)? Какая сила удерживает их в состоянии покоя? Изобразите силы, действующие на кирпичи.
Рис.95
Рис.96
Ответ
Задание 414.
Брусок двигают вправо (рис. 97). Куда направлена сила трения скольжения по отношению к бруску; относительно поверхности, по которой движется брусок?
Рис.97
Ответ
Задание 415.
Лестница у стены занимает положение, изображенное на рисунке 98. Укажите направление силы трения в местах соприкосновения лестницы со стеной и полом.
Рис.98
Ответ
Задание 416.
Брусок движется равномерно (рис. 99). Куда направлена:
А) сила упругости горизонтальной
части нити;
б) вертикальной;
в) сила трения скольжения, действующая на поверхность стола, на брусок;
г) чему равна равнодействующая этих сил?
Рис.99
Ответ
Задание 417.
Колесо автомобиля буксует (рис. 100). Куда направлена сила трения скольжения между буксующим колесом и дорогой, которая действует:
А) на колесо;
б) дорогу? Куда направлена сила упругости дороги?
Рис. 100
Ответ
Задание 418.
Книга прижата к вертикальной поверхности (рис. 101). Изобразите графически направления сил тяжести и трения покоя, действующих на книгу.
Рис. 101
Ответ
Задание 419.
Тележка равномерно движется вправо (см. ). Какая сила приводит в движение груз, поставленный на нее? Чему равна эта сила при равномерном движении?
Ответ
Задание 420.
На транспортере равномерно движется ящик с грузом (без скольжения). Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортера и ящиком, когда ящик:
а) поднимается;
б) движется горизонтально;
в) опускается?
Ответ
Задание 421.
Если автобус равномерно движется по горизонтальному участку пути, чему равна сила трения покоя?
Ответ
Задание 422.
Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно опускается. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашютиста?
Ответ
Задание 423.
С помощью динамометра равномерно перемещают брусок (см. ). Чему равна сила трения скольжения между бруском и поверхностью стола? (Цена деления динамометра 1 Н.)
Ответ
Задание 424.
Зубья пилы разводят в разные стороны от плоскости пилы. На рисунке 102 показаны пропилы, сделанные неразведенной и разведенной пилами, Какой пилой труднее пилить: разведенной или неразведенной? Почему?
Рис. 102
Ответ
Задание 425.
Приведите примеры, когда трение приносит пользу и когда вред.
Ответ
Задание 426.
На уроке физкультуры мальчик равномерно скользит вниз по канату. Под действием каких сил осуществляется это движение?
Ответ
Задание 427.
Судно буксирует три баржи, соединенные последовательно одна за другой. Сила сопротивления воды для первой баржи 9000 Н, для второй 7000 Н, для третьей 6000 Н. Сопротивление воды для самого судна 11 кН. Определите силу тяги, развиваемую судном при буксировке этих барж, считая, что баржи движутся равномерно.
Решение и ответ
Задание 428.
На движущийся автомобиль в горизонтальном направлении действуют сила тяги двигателя 1,25 кН, сила трения 600 Н и сила сопротивления воздуха 450 Н. Чему равна равнодействующая этих сил?
Решение и ответ
Задание 429.
Можно ли однозначно утверждать, что приращение силы сопротивления ▲F равно 3 мН, если скорость тела, движущегося в некоторой среде с коэффициентом сопротивления 0,01, увеличилась на 0,3 м/с?
Ответ
Задание 430.
Троллейбус трогается с места и в течение 30 с приобретает импульс 15 10 4 кг м/с. Определите силу сопротивления движению, если развиваемая троллейбусом сила тяги равна 15 кН.
Решение и ответ
Задание 431.
На автомобиль массой 103 кг во время движения действует сила сопротивления, равная 10% от его веса. Чему должна быть равна сила тяги, развиваемая автомобилем, чтобы он двигался с постоянным ускорением 2 м/с 2 ?
Решение и ответ
Задание 432.
Конькобежец вначале движется по горизонтальному пути равномерно, а затем после разгона путь 60 м до остановки проезжает за 25 с. Чему равен коэффициент трения скольжения коньков по льду?
Решение и ответ
Задание 433.
Поезд массой 400 т движется со скоростью 40 км/ч и после торможения останавливается. Какова сила торможения, если тормозной путь поезда равен 200 м?
Решение и ответ
Задание 434.
Велосипедист, ехавший со скоростью 11 м/с, резко затормозил. Коэффициент трения скольжения шин о сухой асфальт равен 0,7. Определите ускорение велосипедиста при торможении; время торможения; тормозной пусть велосипедиста.
Решение и ответ
Задание 435.
Какую силу надо приложить в горизонтальном направлении к вагону массой 16 т, чтобы уменьшить его скорость на 0,6 м/с за 10 с; за 1 с? Коэффициент трения равен 0,05.
Решение и ответ
Задание 436.
С какой скоростью сможет ехать по горизонтальной плоскости мотоциклист, описывая дугу радиусом 83 м, если коэффициент трения резины о почву равен 0,4?
Задача по физике — 5700
2017-12-15
Как направлена сила трения, действующая на ведущие колеса автомобиля, при разгоне (а), торможении (б), повороте (в)? Равна ли эта сила своему максимальному значению $\mu N$ ($\mu$ — коэффициент трения, $N$ — сила реакции полотна дороги), и если да, то в каких ситуациях? А в каких ситуациях нет? Хорошо это, или плохо, если сила трения достигает своего максимального значения? Почему? Какой автомобиль может развивать на дороге большую мощность — передне- или заднеприводный — при одинаковой мощности мотора и почему? Считать, что масса автомобиля распределена равномерно, и его центр тяжести находится посередине.
Решение:
Обсудим сначала вопрос о роли силы трения в движении машины. Представим себе, что водитель машины, стоящей на гладком-гладком льду (сила трения между колесами и льдом отсутствует), нажимает на педаль газа. Что будет происходить? Ясно, что машина ехать не будет: колеса будут вращаться, но будут пробуксовывать относительно льда — ведь трения-то нет. Причем это будет происходить независимо от мощности двигателя. А это значит, что для того, чтобы мощность двигателя использовать, нужно трение — без него машина не поедет.
Что же происходит, когда сила трения есть. Пусть сначала она очень маленькая, а водитель стоящей машины снова нажимает на педаль газа? Колеса (речь сейчас идет о ведущих колесах автомобиля, допустим это передние колеса) проскальзывают относительно поверхности (трение — маленькое), вращаясь так, как показано на рисунке, но при этом возникает сила трения, действующая со стороны дороги на колеса, направленная вперед по ходу движения машины. Она и толкает машину вперед.
Если сила трения большая, то при плавном нажатии на педаль газа колеса начинают вращаться, и как бы отталкиваются от шероховатостей дороги, используя силу трения, которая направлена вперед. При этом колеса не проскальзывают, а катятся по дороге, так, что нижняя точка колеса не перемещается относительно полотна. Иногда и при большом трении колеса пробуксовывают. Наверняка, вы сталкивались с ситуацией, когда какой-нибудь «сумасшедший водитель» так трогается при включении зеленого сигнала светофора, что колеса «визжат», а на дороге остается черный след из-за скольжения резины по асфальту. Итак, в экстренной ситуации (при резком торможении или трогании с побуксовкой) колеса скользят относительно дороги, в обычных случаях (когда на дороге не остается черного следа от стирающихся покрышек) колесо не скользит, а только катится по дороге.
Итак, если машина едет равномерно, то колеса не скользят по дороге, а катятся по ней так, что нижняя точка колеса покоится (а не проскальзывает) относительно дороги. Как в этом случае направлена сила трения? Сказать, что противоположно скорости машины — неверно, ведь говоря так про силу трения, подразумевают случай скольжения тела относительно поверхности, а сейчас у нас скольжения колес относительно дороги нет. Сила трения в этом случае может быть направлена как угодно, и мы сами определяем ее направление. И вот как это происходит.
Представим себе, что нет никаких препятствующих движению машины факторов. Тогда машина движется по инерции, колеса вращаются по инерции, причем угловая скорость вращения колес связана со скоростью движения машины. Установим эту связь. Пусть колесо движется со скоростью $v$ и вращается так, что нижняя точка колеса не проскальзывает относительно дороги. Перейдем в систему отсчета, связанную с центром колеса. В ней колесо как целое не движется, а только вращается, а земля движется назад со скоростью $v$. Но поскольку колесо не проскальзывает относительно земли, то его нижняя точка имеет такую же скорость как земля. А значит, и все точки поверхности колеса вращаются относительно центра со скоростью $v$ и, следовательно, имеют угловую скорость $\omega = v / R$, где R — радиус колеса. Переходя теперь назад в систему отсчета, связанную с землей, заключаем, что при отсутствии проскальзывания между нижней точкой колеса и дорогой угловая скорость колеса $\omega = v / R$, а все точки поверхности имеют разные скорости относительно земли: например, нижняя точка — нулевую, верхняя $2v$ и т. д.
А пусть водитель при таком движении машины нажимает на педаль газа. Он заставляет колесо вращаться быстрее, чем нужно при данной скорости машины. Колесо стремится проскользнуть назад, возникает сила трения, направленная вперед, которая и разгоняет машину (машина как бы отталкивается от шероховатостей дороги, используя силу трения). Если водитель нажимает на педаль тормоза, колесо стремится вращаться медленнее, чем нужно при данной скорости машины. Возникает сила трения, направленная назад, которая тормозит машину. Если водитель поворачивает колеса машины, возникает сила трения, направленная в сторону поворота, которая машину поворачивает. Таким образом, управление машиной — разгоном, торможением, поворотом — основано на правильном использовании силы трения, причем, конечно, подавляющее большинство водителей об этом даже не догадываются.
Ответим теперь на вопрос: равна ли эта сила своему максимальному значению? Вообще говоря, нет, поскольку нет скольжения колеса относительно дороги, а сила трения равна максимальному значению при скольжении. В покое сила трения может принимать любые значения от нуля до максимального $\mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения; $N$ — сила реакции опоры. Поэтому если мы разгоняемся (сила трения направлена вперед), но хотим увеличить темп разгона, мы сильнее нажимаем на педаль газа, и увеличиваем силу трения. Аналогично, если мы тормозим (сила трения направлена назад), но хотим увеличить степень торможения, мы сильнее нажимаем на тормоз и увеличиваем силу трения. Но ясно, что ее можно увеличить и в том и в другом случае, если она не была максимальной! Таким образом, для управления машиной сила трения не должна равняться максимальному значению, и эту разность мы используем для совершения тех или иных маневров. И любой водитель (даже если он ничего не знает про силу трения, а таких, конечно, подавляющее большинство) интуитивно чувствует, есть ли у него резерв силы трения, «далеко» ли машина от пробуксовки, и есть ли возможность ей управлять.
Тем не менее, есть одна ситуация, когда сила трения равна своему максимальному значению. Эта ситуация называется заносом. Пусть водитель резко затормозил на скользкой дороге. Машина начинает скользить по дороге, это состояние движения и называется заносом. В этом случае сила трения направлена противоположно скорости (назад) и равна своему максимальному значению. Это ситуация очень опасна, ведь машина АБСОЛЮТНО неуправляема. Мы не можем повернуть (хоть как-то, хоть чуть-чуть), ведь для поворота нам нужна сила трения, направленная в сторону поворота, а в нашем распоряжении ее нет — сила трения максимальна и направлена назад. Мы не можем увеличить скорость торможения (невозможно увеличить силу трения — она и так максимальна), не можем (даже если бы мы захотели этого в такой ситуации) ускориться. Мы не можем ничего! Ситуация осложняется еще и тем, что в состоянии заноса машину никто не «держит» на дороге. Почему машина в обычных условиях не съезжает в кювет, ведь полотно дороги всегда делается покатым к обочинам, чтобы стекала вода? Ее держит сила трения, а вот если машина скользит (занос) сила трения направлена противоположно скорости и никак иначе. Поэтому любое «боковое» возмущение — покатость дороги, небольшой камень под одним из колес — могут развернуть или сбросить машину на обочину. Никогда не допускайте заноса1.
Теперь сравним мощность, которую могут развивать на дороге передне- и заднеприводной автомобили с одинаковым мотором. Очевидно, что мощность, которую может развивать автомобиль на дороге, зависит не только от его двигателя, но и от того, как автомобиль «использует» силу трения. Действительно, в отсутствие силы трения автомобиль стоял бы на месте (с вращающимися колесами) независимо от мощности двигателя (вращающего эти колеса). Докажем, что заднеприводные автомобили мощнее переднеприводных при одинаковой мощности мотора и оценим отношение мощностей, которые может развивать двигатель, разгоняя машину на дороге (при условии, что мощность самого двигателя может быть очень большой).
Разгоняет автомобиль сила трения, действующая на ведущие колеса, а она не может превышать значения $\mu N$ ($N$ — сила реакции). Поэтому чем больше сила реакции, тем больших значений может достигнуть разгоняющая сила трения (а нажатие на педаль газа в ситуации, когда сила трения достигла максимума, приведет только к проскальзыванию и к заносу, но не к увеличению мощности, которую развивает двигатель). Найдем силы реакции для задних и передних колес машины. Силы, действующие на машину при разгоне, показаны на рисунках (на правом — для заднеприводной, на левом — для переднеприводной). На машину действуют: сила тяжести, силы реакции и сила трения. Поскольку машина движется поступательно, сумма моментов всех сил относительно ее центра тяжести равна нулю. Поэтому, если центр тяжести машины находится точно посередине машины, расстояние между задними и передними колесами $l$, а высота центра тяжести над дорогой $h$, условие равенства нулю суммы моментов относительно центра тяжести дает (при условии, что машина движется, развивая максимальную мощность на максимуме силы трения):
переднеприводная машина
$N_{1} \frac{l}{2} = N_{2} \frac{l}{2} + F_{тр} h = N_{2} \frac{l}{2} + \mu N_{2} h$, (1)
заднеприводная машина
$N_{1} \frac{l}{2} = N_{2} \frac{l}{2} + F_{тр} h = N_{2} \frac{l}{2} + \mu N_{1}h$, (2)
где $\mu$ — коэффициент трения.{(зп)}} = 0,85$.
Формула силы тяги в физике
Содержание:
В том случае, если тело при перемещении имеет ускорение, то на него кроме всех прочих обязательно действует некоторая сила, которая является силой тяги в рассматриваемый момент времени. В действительности, если тело движется прямолинейно и с постоянной скоростью, то сила тяги также действует, так как тело должно преодолевать силы сопротивления. Обычно силу тяги находят, рассматривая силы, действующие на тело, находя равнодействующую и применяя второй закон Ньютона. Жестко определенной формулы для силы тяги не существует.
Не следует считать, что сила тяги, например, транспортного средства действует со стороны двигателя, так как внутренние силы не могут менять скорость системы как единого целого, что входило бы в противоречие с законом сохранения импульса. Однако следует отметить, что для получения у силы трения покоя необходимого направления, мотор вращает колеса, колеса «цепляются за дорогу» и порождается сила тяги. Теоретически было бы возможно не использовать понятие «сила тяги», а говорить о силе трения покоя или силе реакции воздуха. Но удобнее внешние силы, которые действуют на транспорт делить на две части, при этом одни силы называть силами тяги $(/bar{F}_T)$, а другие — силами сопротивления $\bar{F}_S$ . Это делается для того, чтобы уравнения движения не потеряли свой универсальный вид и полезная механическая мощность (P) имела простое выражение:
$$P=\bar{F}_{T} \bar{v}(1)$$Определение и формула силы тяги
Определение
Исходя из формулы (1) силу тяги можно определить через полезную мощность, и скорость транспортного средства (v):
$$F_{T}=\frac{P}{v}(2)$$Для автомобиля, поднимающегося в горку, которая имеет уклон , масса автомобиля m сила тяги (FT) войдет в уравнение:
$$F_{T}-F_{s}-m g \sin \alpha=m a(3)$$где a – ускорение, с которым движется автомобиль.
Единицы измерения силы тяги
Основной единицей измерения силы в системе СИ является: [FT]=Н
В СГС: [FT]=дин
Примеры решения задач
Пример
Задание.{3}(H)$$
Ответ. FT=2,98 кН
Слишком сложно?
Формула силы тяги не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!
Пример
Задание. На гладкой горизонтальной поверхности лежит доска массой M. На доске находится тело массы m. Коэффициент трения тела о доску равен $\mu$ . К доске приложена сила горизонтальная сила тяги, которая зависит от времени как: F=At (где A=const). В какой момент времени доска начнет выскальзывать из-под тела?
Решение. Сделаем рисунок.
Для решения задачи нам потребуются проекции сил на осиX и Y, которые отличны от нуля. Для тела массы m:
$$ \begin{array}{c} X: m a_{1}=F_{t r}(2.1) \\ Y: m g=N(2.2) \\ F_{t r}=\mu N=\mu m g \rightarrow m a_{1}=\mu m g \rightarrow a_{1}=\mu g(2.3) \end{array} $$Для тела массы M:
$$M a_{2}=F-F_{t r} \rightarrow M a_{2}=A t-F_{t r} \rightarrow a_{2}=\frac{A t-F_{t r}}{M}(2.2)$$Обозначим момент времени, в который доска начнет выскальзывать из-под тела t0, тогда
$$\mu g=\frac{A t_{0}-\mu m g}{M} \rightarrow t_{0}=\frac{m+M}{A} \mu g$$Ответ. $t_{0}=\frac{m+M}{A} \mu g$
Читать дальше: Формула силы упругости.
Подготовка к ОГЭ по физике: Задачи для самостоятельной подготовки
В этом разделе предложены задания повышенного уровня сложности для самостоятельного решения. Результаты решения (полностью решение и ответ) оформить в Дневнике решения задач, для этого пройдите по ссылкеДневник решения задачи
Задачи для решения
Задача №1 Из колодца медленно выкачали с помощью насоса 0,5 м3 воды. Совершённая при этом работа равна 30000 Дж. Чему равна глубина колодца?
Задача №2 Автомобиль массой 500 кг, разгоняясь с места равноускорено, достиг скорости 20 м/с за 10 с. Равнодействующая всех сил, действующая на автомобиль, равна?
Задача №3 Чему равна масса вагона, который, начав двигаться из состояния покоя равноускорено, прошел путь 200 м за 20 с? На вагон действует постоянная равнодействующая сила 104 Н?
Задача №4 Как измениться внутренняя энергия 500 г льда, взятого при температуре – 10 0С, при его превращении в воду при температуре 0 0С?
Задача №5 Какое количество теплоты необходимо для превращения 500 г воды, взятой при температуре 0 0С, в стоградусный пар? Потерями при нагревание окружающего воздуха пренебречь?
Задача №6 Три резистора, сопротивления которых R1 = 3 Ом, R1 = 6 Ом, R1 = 9 Ом, соединены последовательно. Вольтметр, подключенный к третьему резистору, показывает напряжение 18 В. Чему равно напряжение на всем участке цепи?
Задача №7 На рисунке представлен график зависимости температуры от полученного количества теплоты для вещества массой 1 кг. Первоначально вещество находилось в твердом состоянии. Определите удельную теплоёмкость вещества в твердом состоянии.
Задача №8 На рисунке приведен график зависимости силы тока от напряжения на её концах. Обмотка реостата изготовлена из железной проволоки площадью поперечного сечения 0,5 мм2. Чему равна длина проволоки?
Задача №9 Исследуя зависимость силы тока от напряжения на резисторе при его постоянном сопротивлении, ученик получил результаты, представленные в таблице. Чему равно удельное сопротивление металла, из которого изготовлен резистор, если длина провода 10 м, а площадь поперечного сечения 2 мм2?
Задача №10 Стакан наполовину заполнен кипятком. В каком случае вода остынет в большей степени: 1) если подождать 5 минут, а потом долить в стакан холодную воду; 2) если сразу долить холодную воду, а затем подождать 5 минут? Ответ поясните.
Задача №11 Можно ли услышать грохот мощных процессов, происходящих на Солнце? Ответ поясните.
Задача №12 Если выстрелить из мелкокалиберной винтовки в варёное яйцо, то в яйце образуется отверстие. Что произойдет, если выстрелить в сырое яйцо? Ответ поясните.
Задача №13 Два одинаковых термометра выставлены на солнце. Шарик одного из них закопчен, а другого нет. Одинаковую ли температуру покажут термометры? Ответ поясните.
Задача №14 Лодка плавает в небольшом бассейне. Как изменится уровень воды в бассейне, если из лодки осторожно опустить в бассейн большой камень? Ответ поясните.
Задача №15 Каким образом человек, стоящий обеими ногами на полу, может быстро удвоить давление, производимое на опору? Ответ поясните.
Задача №16 Как нужно расположить лед, для того чтобы охладить сосуд? Ответ поясните.
Задача №17 Стальной осколок, падая без начальной скорости с высоты 500 м, имел у поверхности земли скорость 50 м/с. На сколько градусов повысилась температура осколка за время полета, если считать, что вся потеря механической энергии пошла на нагревание осколка.
Задача №18 При прохождении электрического тока через спираль нагревателя, изготовленную из никелиновой проволоки длиной 80 м и площадью поперечного сечения 0,84 мм2, за 10 мин выделилось количество теплоты 726000 Дж. Чему равно напряжение сети, в которую включили нагреватель?Задача №19 Автомобиль массой 1 т трогается с места и, двигаясь равноускорено, за 20 с набирает скорость 72 км/ч. Чему равна работа, совершённая двигателем автомобиля, если средняя сила сопротивления, действующая на автомобиль равна 500 Н?
Задача №20 Две спирали электроплитки сопротивлением по 10 Ом каждая соединены параллельно и включены в сеть с напряжением 220 В. Через какое время закипит вода массой 1 кг, налитая в алюминиевую кастрюлю массой 300 г, если начальная температура составляла 20 0С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.
Задача №21 Свинцовая пуля, подлетев к преграде со скоростью υ1, пробивает её и вылетает со скоростью υ2 = 100 м/с. При этом пуля нагревается на 75 0С. С какой скоростью пуля подлетела к преграде, если на её нагревание пошло 65 % выделившегося количества теплоты?
Задача №22 Троллейбус массой 11 т движется равномерно прямолинейно со скоростью 36 км/ч. Сила тока в обмотке электродвигателя равна 40 А, напряжение равно 550 в. Чему равен коэффициент трения? (потерями энергии в электродвигателе пренебречь)
Задача №23 Воду массой 1,5 кг нагрели до температуры кипения за 5 мин. Мощность электрического чайника равна 2 кВт, КПД чайника – 84%. Какова была начальная температура воды?
Задача №24 Летящая пуля пробивает тонкую деревянную стенку. Какую скорость имела пуля при ударе о стенку, если известно, что в момент вылета скорость пули равна 300 м/с, а в процессе торможения температура пули увеличилась с 50 0С до 300 0С? Считать, что всё количество теплоты, выделяемое при торможении в стенке, поглощается пулей. Удельная теплоемкость вещества, из которого изготовлена пуля, равна 140 .
Задача №25 Для обеспечения свечения лампы мощностью 40 Вт в течении 10 ч через плотину гидроэлектростанции (ГЕС) высотой 20 м должно пройти 8 т воды. Каков КПД ГЭС?
Задача №26 Стальной осколок, падая из состояния покоя с высоты 103 м, у поверхности Земли имел скорость 40 м/с. На сколько повысилась температура осколка, если считать, что изменение его внутренней энергии произошло в результате совершения работы сил сопротивления воздуха.
Задача №27 КПД электродвигателя подъёмного крана, который равномерно за 20 с поднимает груз массой 152 кг на высоту 12 м, равен 69 %. Напряжение в электрической сети 380 В. Чему равна сила тока в электродвигателе?
Задача №28 Два свинцовых шара массами m1 = 100 г и m2 = 200 г движутся навстречу друг другу со скоростями υ1 = 4 м/с и υ2 = 5 м/с. Какую кинетическую энергию будет иметь второй шар после их неупругого соударения?
Задача №29 Тело массой 5 кг с помощью каната начинают равноускорено поднимать вертикально вверх. На какую высоту был поднят груз за 3 с, если сила, действующая на канат, равна 63,3 Н?
Задача №30 Поезд, масса которого 4000 т, движущийся со скоростью 36 км/ч, начал торможение. За 1 минуту поезд проехал 510 м. Чему равна сила трения, действующая на поезд?
Задача №31 Металлический шар упал с высоты 26 м на свинцовую пластину массой m2 = 1 кг и остановился. При этом пластина нагрелась на 3,2 0С. Чему равна масса шара, если на нагревание пластины пошло 80 % выделившегося при ударе количества теплоты?
9.2: Трение и тяга
Одна из наиболее важных основ, которую ученики должны изучить перед тем, как приступить к проектированию ходовой части, это трение.
ТРЕНИЕ — это сила, сопротивляющаяся движению, когда две поверхности притираются друг к другу. Это исключительно противодействующая сила, возникающая, когда две поверхности находятся в контакте друг с другом и под действием силы, заставляющей их скользить друг относительно друга. Если на объект не воздействует сила, провоцирующая его к попытке движения, трение также отсутствует. Отсутствие воздействующей силы означает отсутствие противодействующей силы.
Существуют два типа трения: статическое трение и кинетическое трение.
Статическое трение представляет собой силу трения, действующую между двумя объектами, которые НЕ перемещаются друг относительно друга. Для того, чтобы сдвинуть что-либо, требуется предварительное усилие. Если значение силы, пытающейся сдвинуть объект, меньшее значения силы статического трения, объект не сможет сдвинуться с места.
Кинетическое трение — это сила трения, действующая между двумя поверхностями, перемещающимися (скользящими) друг относительно друга.
Как только объект преодолел статическое трение и начал движение, он попадает под воздействие кинетического трения, сопротивляющегося движению.
На графике выше показана обратная взаимосвязь между приложенной силой и трением. С увеличением приложенной силы, противодействующая сила трения также увеличивается. Вплоть до момента, когда объект сдвинется с места, на него действует статическое трение. Как только значение приложенной силы превысит максимальное статическое трение, масса начнет двигаться. Сразу после начала движения объект окажется под действием кинетического трения. Статическое трение больше кинетического трения, поэтому если масса уже сдвинулась, для дальнейшего скольжения ей потребуется меньше силы.
Оба типа трения можно имитировать, уперев ладонь одной руки в ладонь другой руки и попробовав подвигать ими скользящим движением. Этому движению будет противодействовать текстура кожи и величина приложенной силы. Чем плотнее ладони прижаты друг к другу, тем сложнее ими двигать. Это статическое трение.
По мере увеличения скользящей силы, руки начинают скользить и двигаться друг относительно друга. Это кинетическое трение. Можно заметить, что как только руки преодолели статическое трение, двигать ими стало проще.
Существует два фактора, определяющих максимальную силу трения, возникающую между двумя поверхностями: «цепкость» поверхностей (известная как коэффициент трения поверхностей), а также плотность прижатия поверхностей друг к другу (известная как нормальная сила).
Максимальная сила трения (Ff) между двумя поверхностями равна коэффициенту трения (Cf) этих поверхностей, умноженному на нормальную силу (N), удерживающую поверхности вместе.
Максимальная сила трения = (Коэффициент трения) х (Нормальная сила)
Ff = Cf x N
КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ:
Как уже говорилось выше, коэффициент трения является постоянной величиной, отражающей «цепкость» двух поверхностей, скользящих друг относительно друга. Необходимо обратить внимание на то, что это трение не одной скользящей поверхности, а двух. Например, покрышка сама по себе НЕ ОБЛАДАЕТ коэффициентом трения, но покрышка, скользящая по мостовой, ОБЛАДАЕТ коэффициентом трения.
Коэффициент трения скользких объектов чрезмерно мал, тогда как коэффициент трения липких объектов — очень велик. Эта постоянная величина определяется для пары поверхностей (не для единственной поверхности). Каждая пара материалов обладает коэффициентами статического и кинетического трения.
При этом нельзя путать чистое трение с действительно липкими поверхностями, такими как, например, изолента или покрытия с большим коэффициентом трения, связывающиеся с другими поверхностями. Подобные поверхности, соединяясь, должны выглядеть как одна. Например, изолента сопротивляется скольжению даже в том случае, когда нормальная сила отсутствует или имеет отрицательное значение.
НОРМАЛЬНАЯ СИЛА:
Сила, прижимающая две скользящие поверхности друг к другу, называется нормальной силой. Действие нормальной силы всегда направлено перпендикулярно двум поверхностям (в противном случае эта сила может действовать как нормальная сила лишь частично). Зачастую нормальная сила, воздействующая на две поверхности, является массой одного объекта, располагающегося сверху на другом объекте. В этом случае действие нормальной силы спровоцировано гравитацией.
Как показано на схеме выше, если объект лежит на наклонной поверхности, гравитация действует на две скользящие поверхности не под прямым углом. В этом случае, только часть массы объекта действует как нормальная сила.
ТЯГА:
ТЯГА может быть определена как трение между ведущим колесом и поверхностью, по которой оно катится. Это количество силы, которое колесо прикладывает к поверхности перед тем, как соскользнуть. Колесо обладает разной тягой на различных поверхностях. Как описывалось выше, значение коэффициента трения определяется для любых двух поверхностей.
Из Блока 7 и схемы, представленной выше, видно, что колесо прикладывает силу к поверхности под действием крутящего момента. Тем не менее, если бы колесо катилось по льду, оно просто проскальзывало бы, не двигаясь с места. Трение, возникающее между колесом и поверхностью земли, необходимо для создания линейного движения. Это тяговое усилие, или сила тяги.
Необходимо обратить внимание на то, что сила тяги равна силе трения между колесом и поверхностью. Если колесо катится по поверхности, а не скользит, сила тяги равна статическому трению. Если приложенная сила превышает максимальное статическое трение, колесо начинает скользить, и теперь сила тяги равна максимальному кинетическому трению.
Увеличение тяги:
Так как тяга зависит от трения между поверхностью и колесом, чтобы увеличить ее значение, необходимо увеличить трение. Как говорилось выше, трение между объектами зависит от коэффициента трения между ними (в данном случае, между колесом и поверхностью, по которой оно катится) и нормальной силы (массы робота, прижимающей колеса к поверхности). Чтобы увеличить тягу, увеличить либо коэффициент трения (сцепление колес), либо нормальную силу, действующую на колеса (массу робота).
Сборка толкающего робота:
Чтобы собрать робота, способного толкать или тянуть с большой силой, необходимо включить в конструкцию два элемента: колеса повышенной проходимости и значительный крутящий момент для приведения их в движение. Трение — это противодействующая сила. Если нет приложенной силы, сила трения также отсутствует. Чтобы увеличить тягу, к колесам необходимо приложить крутящий момент, достаточный для достижения максимального статического трения колес.
Автомобиль может обладать огромной тягой, но при малых размерах двигателя он не сможет толкать или тянуть что либо. Поэтому маленькие автомобили не могут тянуть за собой трейлеры или катера на прицепах.
Трение в системе VEX:
В системе проектирования VEX Robotics Design System используется множество элементов, которые могут применяться для получения трения, включая различные типы колес. Каждый из них обладает характеристиками, необходимыми для использования на различных поверхностях. Для проектировщика очень важно экспериментальным путем определить тип колес, требуемый для каждой отдельной задачи.
Трение между колесами и поверхностью пола — не единственный вид трения, применяемый в конструкции робота VEX. Существует также трение, притормаживающее вращающиеся компоненты робота и уменьшающее количество мощности на выходе электромотора. В системе проектирования VEX Robotics Design System есть ряд частей, предназначенных для уменьшения трения. Использовать соединения типа «металл к металлу» в подвижных системах не рекомендуется. Пластиковые части, например, опорные блоки, прокладки и шайбы, позволяют снизить значение трения в точках контакта подвижных частей.
Можно ли обмануть полицейский радар — Российская газета
23 октября родился Грант Имахара, ведущий научно-популярной программы «Разрушители легенд». Предлагаем 13 автомобильных мифов, опровергнутых в этой передаче.
Если выхлопную трубу заткнуть, двигатель выйдет из строя. Все использованные при проверке предметы немедленно вылетали из выхлопной трубы после запуска мотора. Если закупорить выпускной коллектор наглухо, двигатель просто заглохнет через 5-10 секунд. Этот эффект хорошо известен водителям, живущим в холодном климате, где при длительной работе мотора небольшой мощности на холостых оборотах и сильном морозе выхлопная труба может затянуться льдом.
Если пуля пробьет бензобак, он взорвется. Миф был опровергнут экспериментом с обычной пулей, но затем частично подтвержден при использовании трассирующего снаряда — от него бензобак действительно взорвался.
Дверь автомобиля может защитить в перестрелке. Кузов автомобиля изготовлен из тонкого — 0.4-0,7 миллиметра, — металлического листа, не способного остановить пулю. Так же беспомощны и панели внутренней обшивки. Пистолетная пуля 38-го калибра пробивает дверь насквозь. Единственное исключение — вмонтированный в дверь динамик достаточно большого диаметра — 9 дюймов и более. Его магнит способен остановить пулю или заставить ее изменить направление.
Двигатель выйдет из строя, если в бензобак насыпать сахар. В ходе эксперимента в бак высыпали порядка 10 килограммов сахара, мотор при этом продолжал работать — лишь дым из трубы стал черным. Вместе с бензином в двигатель неизбежно попадают инородные примеси: вода, ржавчина, присадки — все это либо сгорает, либо выводится с выхлопными газами.
Спортивные автомобили 70-х годов имели лучшую аэродинамику сзади, нежели спереди. Кузов соответствующей машины был развернут, продут в аэродинамической трубе и проверен в движении. Особенно увеличился расход топлива.
Автомобиль может прыгнуть на большое расстояние, используя кучу земли как трамплин, и приземлиться с минимальными повреждениями и без потери скорости. Во время эксперимента автомобиль пролетел 30 метров и врезался в землю радиатором, повредив мотор.
Человек может покинуть упавшую в воду машину после того, как вода покроет стекла. Давление воды на дверь слишком высоко, открыть ее изнутри невозможно, равно как и опустить стекло ручкой или электромотором.
Автомобиль может проехать через ряды овощного базара и остаться на ходу (как это показывают в кино). В ходе эксперимента машину протащили по базару на скорости 70 миль в час (около 110 км/ч).Камера на крыше оторвалась, автомобиль оказался серьезно помят. Лобовое стекло покрылось сеткой трещин, водителю ничего не видно.
Если держать руль рекомендуемым хватом «без десяти два», при срабатывании подушки безопасности оторвет большие пальцы. При эксперименте с искусственными руками руль вырвало из них, но пальцы уцелели.
Полицейский радар можно обмануть, поместив под лобовое стекло компакт-диск. Ни CD, ни зеркальный диск на крыше, ни покрытие автомобиля фольгой не смогли притупить бдительность радар-детектора. Даже позвякивание связкой ключей не помогло. Использование авиационного стелс-покрытия не проверялось, поскольку эта краска с добавлением железа тяжела и безумно дорога — дешевле платить штрафы.
Использование различных веществ и трюков может обмануть алкотестер. Для проверки Адам Сэвидж выпил две порции виски, а Джейми Хайнеман — коктейль из водки и клюквенного сока. В обоих случаях прибор показал наличие алкоголя в выдыхаемом воздухе. Кроме того, полиция всегда может потребовать проведения анализа крови. Использование жидкости для полоскания полости рта лишь увеличит количество алкоголя в дыхании.
Если во время заправки автомобиля разговаривать по мобильному телефону, может произойти взрыв. Экспериментально доказано, что работающий телефон не может привести к взрыву, даже будучи окружен бензиновыми парами в концентрации, достаточной для воспламенения. Реальную угрозу представляет статический заряд на одежде, накопить который можно, несколько раз сев в автомобиль и покинув его.
Столкновение двух машин, на скорости 80 километров в час происходит с той же силой, как столкновение одной машины со стеной на скорости 160 километров в час. Сила, действующая на машину, будет одинакова как при столкновении с другим автомобилем, так и с неподвижной стеной.
Глава 4 Концепции
Глава 4 КонцепцииГлава 4
Концептуальные вопросы: 5, 6, 10, 24
| ВЕРНУТЬСЯ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ |
5. Пытаясь затянуть ослабленную стальную головку молотка, плотник держит молоток вертикально, поднимает его, а затем быстро опускает, ударяя нижним концом деревянной ручки о доску. Объясните, как это прижимает голову к ручке.
Пока рукоятка и головка молотка движутся вниз, они оба имеют движение. Это кажется очевидным и избыточным заявлением, но это важная часть этой головоломки. Сила прилагается к рукоятке (доской), поэтому она ускоряется до остановки, но головка молота все еще движется. Он продолжает двигаться, пока ручка не ускоряет его до остановки, что происходит только при движении головки вниз.
6. Какая сила заставляет автомобиль двигаться вперед? Помните, что это должна быть внешняя сила , — все внутренние силы складываются в ноль.Как двигатель способствует движущей силе?
Чтобы что-то ускорить, нужна сила извне. Единственное, что действует на машину, ускоряющуюся из состояния покоя, в прямом направлении — это трение о землю. Это кажется обратным — как трение может вызывать движение , если оно всегда действует против движения вещей? Хитрость здесь в том, что шина отталкивается от дороги, поэтому дорога должна автоматически подталкивать шину вперед.Это 3-й закон Ньютона. Подумав об этом, вы увидите множество примеров того, как трение толкает предметы вперед, когда они толкаются назад: ходьба, выталкивание себя из кровати, толкание велосипеда вперед и т. Д.
Ой, двигатель. Все, что делает двигатель, — это заставляет штуковину двигаться, заставляя вращаться шестеренку, заставляя вращаться ось, заставляя вращаться шину. Итак, внутри машины действует множество других сил. Но сила, непосредственно ответственная за ускорение автомобиля, — это трение дороги.
Итак, что делать, когда машина останавливается?
10. Грузовой поезд состоит из паровоза и нескольких одинаковых вагонов на ровной поверхности. Определите, является ли каждое из этих утверждений правильным или неправильным, и объясните, почему:
а. Если поезд движется с постоянной скоростью, двигатель должен тянуть с силой, превышающей вес поезда.
Это ЛОЖЬ. Если поезд движется с постоянной скоростью, он должен тянуть в прямом направлении с некоторой силой, достаточной только для уравновешивания сил, тянущих в противоположном направлении, таких как трение.Его не нужно сравнивать с весом поезда, и ему не нужно тянуть сильнее, чем какая-либо конкретная сила, потому что он не ускоряется.
г. Если поезд движется с постоянной скоростью, тяговое усилие двигателя на первом вагоне должно превышать td обратное усилие этого вагона на двигателе.
ЛОЖНЫЙ. Тяга вперед не должна быть выше силы, тянущей назад. Он должен балансировать только с силой, чтобы получить нулевую чистую силу и нулевое ускорение.
г. Если поезд движется по инерции, его инерция заставляет его замедляться и в конечном итоге останавливаться.
ЛОЖНЫЙ. «Инерция» ничего не делает — это не сила. Это просто свойство объектов оставаться в движении, что они и делают все, и бывает труднее изменить движение, когда объект имеет большую массу (часто это считается способом количественной оценки инерции). Если когда-либо происходит толчок, притяжение и т. Д., Это должно быть вызвано внешней силой к объекту. В этом случае это, вероятно, трение, но это также может быть сила тяжести, тянущая вниз с холма, сопротивление воздуха и т. Д.
24. Вы решили проверить свои знания физики, перелетая через водопад в бочке. Вы берете с собой бейсбольный мяч в бочку и, падая вертикально вниз, отпускаете мяч. Что вы ожидаете увидеть при движении шара относительно ствола? . . .
Ясно, что это вопрос с подвохом. Вы ничего не увидите, потому что внутри бочки темно !!
Но если бы вы, , могли видеть внутри бочки, вы бы воссоздали сценарий, который мы разыгрываем в задаче с лифтом в классе.Во-первых, вы знаете, что все объекты падают с постоянной скоростью ускорения -g . Итак, вы идете вперед и вытаскиваете лист бумаги, пока падаете в ba
.SPASH!
Ой, слишком поздно. Но предположим, что вы выполнили расчет до того, как попали в ствол, что всегда является хорошей идеей. Вы заметите, что сила, действующая на бейсбольный мяч — это его вес ( мг, ) и ваша рука, толкающая вверх. Как мы уже упоминали, ускорение мяча составляет -g .Итак, когда вы дойдете до линии:
Н — мг = м (-г)
и решите для Н , вы получите результат, что эта сила контакта равна нулю! Это означает, что вам не нужно удерживать мяч, он просто парит там!
Другой способ думать об этом — знать, что все объекты падают с одинаковой скоростью, включая бочку, вас и ваш бейсбольный мяч. Если вы все падаете одинаково, никто из вас ничего не догонит, поэтому ничто не будет давить ни на что другое.
Но почему это это? Почему все падает с одинаковой скоростью? И почему такая скорость разгона -g? Что ж, теперь, когда вы знаете кое-что о гравитации, составьте уравнение, в котором результирующая сила, действующая на объект, является результатом гравитационной силы здесь, на Земле, F = GMm / r 2 (где «M» — масса Земли а «m» — это масса вас или любого другого объекта, притягиваемого Землей). Это должно быть равно вашей массе, умноженной на ускорение, или мА . Когда вы настраиваете это, вы замечаете, что м с каждой стороны компенсируются, и у вас есть уравнение для ускорения.Угадайте, чему равно это ускорение, если вы введете правильные значения G, M и r? И тот факт, что m компенсирует, означает, что это ускорение , а не , зависит от массы падающего объекта. Это то, что открыл Галилей, и это то, что мы использовали в нескольких главах. Это объясняет, почему это работает.
| ВЕРНУТЬСЯ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ |
GCSE PHYSICS — Какие силы действуют на движущийся автомобиль? — Как колеса двигают машину вперед?
GCSE PHYSICS — Какие силы действуют на движущийся автомобиль? — Как колеса двигают машину вперед? — ОБУЧЕНИЕ НАУКА.gcsescience.com 26 год gcsescience.com
Силы и движение
Силы на движущейся машине.
Какие силы в движении Автомобиль?
Силы, действующие на движущийся
машина тяга и тяга
а также те же силы, которые действуют
на стационарном
автомобиль.
Drag — это сила воздуха
сопротивление (форма трения)
прижатие к передней части автомобиля
пока он движется.
Тяга — это сила
толкать машину
нападающие.
Тяга исходит от двигателя, поворачивающего
колеса.
Как делают колеса Автомобиль идет вперед?
Шины на колёсах толкают
назад против дороги
как
они пытаются повернуться, вызывая
равных
и противоположная сила
который толкает машину вперед.
Шины должны быть в хорошем состоянии.
сцепление (высокий
трение)
чтобы они не скользили по
дорожное покрытие.
Если силы тяги и
сопротивление равное,
тогда силы уравновешиваются и
машина будет двигаться с постоянной скоростью.
Если силы тяги и
сопротивление не равны, то
силы неуравновешены и
машина будет разгоняться.
Автомобиль станет быстрее, если тяга будет больше, чем
сопротивление,
и медленнее, если сопротивление больше тяги.
Ссылки Силы и движение Сила Вопросы по пересмотру
gcsescience.com Викторина по физике Показатель Force Quiz gcsescience.com
Дом GCSE химия GCSE Физика
Авторские права © 2015 gcsescience.com. Все права защищены.
Второй закон Ньютона — Законы Ньютона — WJEC — GCSE Physics (Single Science) Revision — WJEC
Несбалансированные силы
Когда силы, действующие на объект, не уравновешиваются, результирующая сила заставит объект ускоряться в направлении равнодействующей силы.
Другими словами, результирующая сила, действующая на тело, заставит его изменить свое скорость. Это просто означает, что несбалансированные силы вызовут:
- ускорение
- замедление
- изменение направления
Результирующая сила — это остаточная или чистая сила, когда все силы, действующие на объект, были объединены.{2}} {\ text {)}} \]
\ [\ text {F} = \ text {m} \ times \ text {a} \]
Вам нужно будет сформулировать это уравнение в экспертиза.
- Вопрос
Автомобиль весит 1000 кг. Результирующая сила равна 5000 Н. Используйте треугольник Fma, чтобы найти ускорение автомобиля.
- Показать ответ
Ускорение = результирующая сила ÷ масса
a = 5000 Н ÷ 1000 кг = 5 м / с 2
Результирующая сила и расчет ускорения
Для расчета ускорения необходимо найти равнодействующую силу, так что вы можете разделить ее на массу автомобиля.
Результирующая сила = 4000 Н — 1000 Н = 3000 Н
\ [\ text {ускорение} = \ frac {\ text {результирующая сила}} {\ text {mass}} \]
= 3000 Н ÷ 1000 кг
= 3 м / с 2
Первая машина ускоряется, потому что она движется в том же направлении, что и результирующая сила. Теперь посмотрим на вторую машину.
Результирующая сила = -7000 Н
\ [\ text {ускорение} = \ frac {\ text {результирующая сила}} {\ text {mass}} \]
= -7000 Н ÷ 1000 кг
= — 7 м / с 2
Вторая машина замедляется.Он движется в направлении, противоположном результирующей силе.
Ускорение и масса обратно пропорциональны. Это означает, что если масса автомобиля удваивается, ускорение уменьшается вдвое, если результирующая сила не изменяется.
Результирующая сила и ускорение прямо пропорциональны. Если результирующая сила удваивается, ускорение транспортного средства также удваивается, если масса транспортного средства такая же.
- Вопрос
Автомобиль имеет массу 1200 кг и двигатель, развивающий силу 6000 Н.Найдите ускорение автомобиля.
- Показать ответ
a = F ÷ m
= 6000 Н ÷ 1200 кг
= 5 м / с 2
- Вопрос
Найдите силу, развиваемую двигателем скоростного катера, если лодка имеет массу 300 кг и может ускоряться со скоростью 1,5 м / с 2 .
- Показать ответ
F = m × a
= 300 кг × 1,5 м / с 2
= 450 N
- Вопрос
В тематическом парке на одной из аттракционов двигатель, который может передавать пустому легковому автомобилю усилие в 3600 Н, заставляя его ускоряться со скоростью 4.5 м / с 2 .
Найдите массу автомобиля.
- Показать ответ
m = F ÷ a
= 3600 Н ÷ 4,5 м / с 2
= 800 кг
Требование центростремительной силы
Как упоминалось ранее в этом уроке, объект, движущийся по кругу, испытывает ускорение. Даже если двигаться по периметру круга с постоянной скоростью, все равно происходит изменение скорости и, как следствие, ускорение.Это ускорение направлено к центру круга. И в соответствии со вторым законом движения Ньютона, объект, испытывающий ускорение, должен также испытывать чистую силу. Направление чистой силы совпадает с направлением ускорения. Итак, для объекта, движущегося по кругу, на него должна действовать внутренняя сила, вызывающая его внутреннее ускорение. Это иногда называют требованием центростремительной силы . Слово центробежный (не путать с F-словом центробежный ) означает поиск центра.Для кругового движения объекта существует результирующая сила, действующая по направлению к центру, которая заставляет объект искать центр.
Чтобы понять важность центростремительной силы, важно хорошо понимать первый закон движения Ньютона — закон инерции . Закон инерции гласит, что …
… объекты в движении имеют тенденцию оставаться в движении с той же скоростью и в том же направлении, если на них не действует неуравновешенная сила.
Согласно первому закону движения Ньютона, это естественная тенденция всех движущихся объектов продолжать движение в том же направлении, в котором они движутся … если на объект не действует какая-то неуравновешенная сила, отклоняющая его движение от его прямого направления. -линейный путь. Движущиеся объекты будут естественным образом двигаться по прямым линиям; неуравновешенная сила требуется только для того, чтобы заставить его повернуться. Таким образом, для движения объектов по кругу требуется наличие неуравновешенной силы.
Идея, выраженная законом инерции Ньютона, не должна нас удивлять. Мы сталкиваемся с этим феноменом инерции почти каждый день, когда водим автомобиль. Например, представьте, что вы пассажир в машине на светофоре. Индикатор загорится зеленым, и водитель начнет ускоряться, находясь в состоянии покоя. Автомобиль начинает ускоряться вперед, но относительно сиденья, на котором вы находитесь, начинает наклоняться назад.Ваше тело в состоянии покоя имеет тенденцию оставаться в покое. Это один из аспектов закона инерции — «покоящиеся объекты стремятся оставаться в покое». Когда колеса автомобиля вращаются, создавая прямую силу на машине и вызывая ускорение вперед, ваше тело стремится оставаться на месте. Вам определенно может показаться, что ваше тело испытывает обратную силу, заставляющую его ускоряться в обратном направлении. Тем не менее, вам будет сложно определить такую обратную силу на вашем теле. На самом деле его нет.Ощущение отбрасывания назад — это просто тенденция вашего тела сопротивляться ускорению и оставаться в состоянии покоя. Автомобиль ускоряется из-под вашего тела, оставляя у вас ложное ощущение, что вас толкают назад.
Теперь представьте, что вы находитесь в той же машине, которая движется с постоянной скоростью, приближаясь к светофору. Водитель нажимает на тормоза, колеса машины блокируются, и машина начинает заносить до полной остановки. На движущийся вперед автомобиль действует сила, направленная назад, а затем на автомобиль происходит ускорение назад.Однако ваше тело, находясь в движении, имеет тенденцию продолжать движение, пока машина буксует до полной остановки. Вам наверняка может показаться, что ваше тело испытывает силу, направленную вперед, заставляя его ускоряться вперед. Тем не менее, вам снова будет трудно определить такую прямую силу на вашем теле. На самом деле нет физического объекта, ускоряющего вас вперед. Ощущение того, что вас выбрасывает вперед, — это просто тенденция вашего тела сопротивляться замедлению и оставаться в состоянии поступательного движения.Это второй аспект закона инерции Ньютона — «движущийся объект стремится оставаться в движении с той же скоростью и в том же направлении …». Неуравновешенная сила, действующая на автомобиль, заставляет автомобиль замедляться, в то время как ваше тело продолжает движение вперед. Вы снова остаетесь с ложным ощущением, что вас толкают в направлении, противоположном вашему ускорению.
Эти два сценария вождения представлены на следующем рисунке.
В каждом случае — трогание с места и торможение движущегося автомобиля до остановки — направление, на которое наклоняются пассажиры, противоположно направлению ускорения.Это просто результат инерции пассажира — тенденции сопротивляться ускорению. Наклон пассажира — это не ускорение само по себе, а скорее тенденция поддерживать состояние движения, пока автомобиль ускоряется. Тенденция тела пассажира поддерживать состояние покоя или движения, в то время как окружающая среда (автомобиль) ускоряется, часто неверно истолковывается как ускорение. Это становится особенно проблематичным, когда мы рассматриваем третий возможный инерционный опыт пассажира в движущемся автомобиле — левый поворот.
Предположим, что на следующем этапе вашего пути водитель автомобиля делает резкий поворот налево с постоянной скоростью. Во время поворота машина движется по круговой траектории. То есть машина заметает четверть круга. Сила трения, действующая на повернутые колеса автомобиля, вызывает несбалансированную силу на автомобиль и последующее ускорение. Неуравновешенная сила и ускорение направлены к центру круга, вокруг которого поворачивается автомобиль.Однако ваше тело находится в движении и имеет тенденцию оставаться в движении. Это инерция вашего тела — тенденция сопротивляться ускорению — заставляет его продолжать движение вперед. Пока машина ускоряется внутрь, вы продолжаете движение по прямой. Если вы сидите с пассажирской стороны автомобиля, то в конечном итоге внешняя дверь автомобиля ударит вас, когда машина повернет внутрь. Это явление может заставить вас думать, что вы ускоряетесь от центра круга.На самом деле вы продолжаете свой прямой инерционный путь, касающийся окружности, в то время как машина ускоряется из-под вас. Ощущение внешней силы и внешнего ускорения — ложное ощущение. Нет физического объекта, способного вытолкнуть вас наружу. Вы просто испытываете тенденцию вашего тела продолжать свой путь, касающийся круговой траектории, по которой поворачивает автомобиль. Вы снова остаетесь с ложным ощущением, что вас толкают в направлении, противоположном вашему ускорению.
Центростремительная сила и изменение направленияЛюбой объект, движущийся по кругу (или по круговой траектории), испытывает центростремительную силу . То есть существует некоторая физическая сила, толкающая или притягивающая объект к центру круга. Это требование центростремительной силы. Слово центростремительный — это просто прилагательное, используемое для описания направления силы.Мы не вводим новый тип силы , а скорее описываем направление результирующей силы, действующей на объект, который движется по кругу. Каким бы ни был объект, если он движется по кругу, на него действует некоторая сила, которая заставляет его отклоняться от своего прямолинейного пути, ускоряться внутрь и двигаться по круговой траектории. Ниже показаны три таких примера центростремительной силы.
Когда автомобиль совершает поворот, сила трения, действующая на повернутые колеса автомобиля, создает центростремительную силу, необходимую для кругового движения. | Когда ведро с водой привязано к веревке и вращается по кругу, сила натяжения, действующая на ведро, обеспечивает центростремительную силу, необходимую для кругового движения. | Когда Луна вращается вокруг Земли, сила тяжести, действующая на Луну, обеспечивает центростремительную силу, необходимую для кругового движения. |
Центростремительная сила для равномерного кругового движения изменяет направление объекта без изменения его скорости.Идея о том, что неуравновешенная сила может изменить направление вектора скорости, но не его величину, может показаться немного странной. Как такое могло быть? Есть несколько способов подойти к этому вопросу. Один из подходов включает анализ движения с точки зрения работы-энергии. Вспомните из раздела 5 в классе физики, что работа — это сила , действующая на объект, вызывая смещение . Объем работы, проделанной над объектом, находится с помощью уравнения
Работа = Сила * смещение * косинус (Тета), где Theta в уравнении представляет собой угол между силой и смещением.Поскольку центростремительная сила действует на объект, движущийся по кругу с постоянной скоростью, сила всегда действует внутрь, поскольку скорость объекта направлена по касательной к окружности. Это означало бы, что сила всегда направлена перпендикулярно направлению смещения объекта. Угол Theta в приведенном выше уравнении равен 90 градусам, а косинус 90 градусов равен 0. Таким образом, работа, совершаемая центростремительной силой в случае равномерного кругового движения, равна 0 Джоулей. Вспомните также из Раздела 5 Класса физики, что, когда над объектом не работают внешние силы, общая механическая энергия (потенциальная энергия плюс кинетическая энергия) объекта остается постоянной.Таким образом, если объект движется по горизонтальному кругу с постоянной скоростью, центростремительная сила не работает и не может изменить общую механическую энергию объекта. По этой причине кинетическая энергия и, следовательно, скорость объекта останутся постоянными. Сила действительно может ускорить объект, изменив его направление, но не может изменить его скорость. Фактически, всякий раз, когда неуравновешенная центростремительная сила действует перпендикулярно направлению движения, скорость объекта остается постоянной.Чтобы неуравновешенная сила изменила скорость объекта, должна быть составляющая силы в направлении (или противоположном) направлении движения объекта.
Применение векторных компонентов и второго закона НьютонаВторой подход к этому вопросу о том, почему центростремительная сила вызывает изменение направления, но не изменение скорости, включает компоненты вектора и второй закон Ньютона.Следующий воображаемый сценарий будет использован, чтобы проиллюстрировать эту мысль.
Предположим, что на местной ледяной фабрике кусок льда выскользнул из морозильной камеры, и механический рычаг приложил силу, чтобы ускорить его по ледяной поверхности, свободной от трения. На прошлой неделе механическая рука вышла из строя и произвольно давила на себя. Ниже показаны различные направления сил, действующих на движущуюся глыбу льда. В каждом случае наблюдайте за силой по сравнению с направлением движения ледяного блока и прогнозируйте, будет ли сила ускоряться, замедляться или не влиять на скорость блока.Используйте векторные компоненты, чтобы делать свои прогнозы. Затем проверьте свои ответы, нажав на кнопку.
| Физическое положение | Разгоняться, замедляться или не влиять на скорость? | Пояснение | |
а. | |||
г. | |||
г. | |||
г. | |||
e. |
Приведенные выше примеры показывают, что сила способна замедлить или ускорить объект, только когда есть компонент, направленный в том же или противоположном направлении, что и движение объекта. В случае е вертикальная сила не изменяет горизонтальное движение.Иногда говорят, что перпендикулярные компоненты движения не зависят друг от друга. Вертикальная сила не может повлиять на горизонтальное движение.
Подводя итог, объект при равномерном круговом движении испытывает внутреннюю чистую силу. Эту направленную внутрь силу иногда называют центростремительной силой, где центростремительная сила , описывает ее направление. Без этой центростремительной силы объект никогда не мог бы изменить свое направление. Тот факт, что центростремительная сила направлена перпендикулярно тангенциальной скорости, означает, что сила может изменять направление вектора скорости объекта без изменения его величины.
Мы хотели бы предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием наших интерактивных элементов Uniform Circular Motion Interactive и / или Race Track Interactive. Вы можете найти их в разделе Physics Interactives на нашем веб-сайте.Оба интерактивных модуля позволяют учащемуся интерактивно исследовать чистую силу для объекта, движущегося по кругу.
Для вопросов № 1- № 5: Объект движется в направлении по часовой стрелке по кругу с постоянной скоростью. Используйте свое понимание концепций скорости, ускорения и силы, чтобы ответить на следующие пять вопросов.Используйте диаграмму, показанную справа. Нажмите кнопку, чтобы проверить свои ответы.
1. Какой вектор ниже представляет направление вектора силы, когда объект находится в точке A на окружности?
2. Какой вектор ниже представляет направление вектора силы, когда объект находится в точке C на окружности?
3. Какой из приведенных ниже векторов представляет направление вектора скорости, когда объект находится в точке B на окружности?
4.Какой вектор ниже представляет направление вектора скорости, когда объект находится в точке C на окружности?
5. Какой вектор ниже представляет направление вектора ускорения, когда объект находится в точке B на окружности?
6. Рекс Вещи и Дорис заперта на свидание. Рекс быстро поворачивает направо.Дорис начинает скользить по виниловому сиденью (которое Рекс предварительно отполировал и отполировал) и сталкивается с Рексом. Чтобы преодолеть неловкость ситуации, Рекс и Дорис начинают обсуждать физику только что испытанного движения. Рекс предполагает, что объекты, которые движутся по кругу, испытывают внешнюю силу. Таким образом, когда поворот был сделан, Дорис испытала внешнюю силу, которая подтолкнула ее к Рексу. Дорис не соглашается, утверждая, что объекты, движущиеся по кругу, испытывают внутреннюю силу. В этом случае, по словам Дорис, Рекс двигался по кругу из-за того, что дверь толкала его внутрь.Дорис не двигалась по кругу, поскольку не было силы, толкающей ее внутрь; она просто продолжала двигаться по прямой, пока не столкнулась с Рексом. Кто прав? Аргументируйте одну из этих двух позиций.
7. Кара Лотт занимается зимним вождением на стоянке ОГТ. Кара поворачивает руль, чтобы повернуть налево, но ее машина продолжает движение по льду по прямой. Учитель A и учитель B наблюдали за этим явлением.Учитель А утверждает, что отсутствие силы трения между шинами и льдом приводит к балансу сил, который заставляет автомобиль двигаться по прямой. Учитель Б утверждает, что лед оказывал внешнюю силу на шину, чтобы уравновесить вращающую силу и, таким образом, удерживать машину, движущуюся по прямой. Какой учитель (А или Б) учитель физики? ______ Объясните ошибочность аргумента другого учителя.
2-й закон Ньютона
2-й закон Ньютона2-й закон Ньютона
Предположим, что наша система отсчета является инерциальной.Какие происходит в инерциальной системе отсчета, когда на объект действует чистая сила? Второй и третий закон Ньютона дают ответ на этот вопрос.
Второй и третий закон Ньютона действительны во всех инерциальные системы отсчета.
Второй закон Ньютона гласит, что ускорение объекта прямо пропорционально чистая сила , действующая на него, и обратно пропорциональна его массе.
Неуравновешенные силы вызывают ускорение.
нет полезной силы <--> нет ускорения
В алгебраической форме мы запишем второй закон Ньютона как F = m a . Это векторное уравнение. В ускорение a = F / м в направлении силы и пропорционально величине силы. Масса объекта — это мера его инерции , его сопротивление изменению состояния движения. Если два объекта должны имеют такое же ускорение, то на более массивный объект должен воздействовать большая сила, в то время как на менее массивный объект должен действовать меньший сила.Масса — это скалярная величина.
Единицы: В единицах СИ масса
измеряется в кг, ускорение в м / с 2 и сила в Ньютонах (Н). 1 Н = 1 кг
м / с 2 .
(Преобразование: 1 фунт-сила = 4,448 Н)
При одинаковом толчке или толчке большие массы ускоряются меньше, чем меньшие массы. Для ускорения трехколесного велосипеда требуется гораздо меньше силы, чем для его разгона. разогнать машину. Из-за его инерции вам нужна сила для ускорения объект.Если на объект не действует действующая сила, он не будет ускоряться, его скорость не изменится. Если он изначально находится в состоянии покоя, он останется в покое, если он движется с заданной скоростью в определенном направлении, он будет продолжать движется с одинаковой скоростью в одном направлении.
Ссылка: Грузовик и лестница
Проблема:
Чистая сила F , приложенная к объекту массой m 1 , создает
ускорение 3 м / с 2 .Та же сила, приложенная к секунде
объект массой m 2 выдает ускорение 1 м / с 2 .
(а) Каково значение отношения m 1 / m 2 ?
(b) Если m 1 и m 2 объединены, найдите их
ускорение под действием силы F .
Решение:
- Рассуждение:
Сила постоянная. F = m a . Изделие m a должен оставаться постоянным. - Детали расчета:
(a) У нас есть F = m 1 a 1 и F = m 2 a 2 . Следовательно, m 1 a 1 = m 2 a 2 , м 1 / м 2 = a 2 / a 1 = 1/3.
(b) Сейчас F = (m 1 + m 2 ) a = (4/3) m 2 a , так как m 1 = (1/3) m 2 .
Следовательно (4/3) m 2 a = m 2 a 2 , a = (3/4) а 2 = 0,75 м / с 2 .
Проблема:
Автомобиль массой 850 кг движется вправо с постоянной скоростью
1,44 м / с.
а) Какая общая сила действует на машину?
(б) Какова общая сила, действующая на автомобиль, если он движется влево с
постоянная скорость 1,44 м / с.
Решение:
- Рассуждение:
постоянная скорость <--> без ускорения <--> без чистой силы - Детали расчета:
(а) Автомобиль, движущийся вправо с постоянной скоростью, движется с постоянная скорость.Ускорение нулевое. Общая сила на машине равно нулю.
(b) Автомобиль, движущийся влево с постоянной скоростью, движется с постоянная скорость. Ускорение нулевое. Общая сила на машине равно нулю.
Проблема:
График зависимости скорости от времени для m = 0,1
кг частицы, движущиеся по оси x, начиная с начала координат, показаны ниже.
(а) Какая результирующая сила действует на частицу при t = 6 с?
(б) Какая результирующая сила действует на частицу при t = 12 с?
(c) Какая результирующая сила действует на частицу при t = 16 с?
Решение:
- Рассуждение:
Ускорение — это наклон графика зависимости скорости от времени.В сила F = ma. - Детали расчета:
(а) Между t = 5 с и t = 10 с скорость частицы увеличивается с постоянной скоростью от 2 м / с до 7 м / с.
Ускорение частицы a = (5 м / с) / (5 с) = 1 м / с 2 при в любое время от 5 до 10 с.
Чистая сила, действующая на частицу, равна F = ma = (0,1 кг) * (1 м / с 2 ) = 0,1 Н в положительном направлении оси x.
(b) В любое время между 10 и 15 с скорость частицы равна константа, ее ускорение равно нулю, результирующая сила, действующая на частицу, равна нуль.
(c) Между t = 15 с и t = 19 с скорость частицы уменьшается с постоянной скоростью от 7 м / с до 5 м / с.
Ускорение частицы a = (-2 м / с) / (4s) = -0,5 м / с 2 в любое время от 15 до 19 секунд.
Чистая сила, действующая на частицу, равна F = ma = (0,1 кг) * (- 0,5 м / с 2) = -0,05 Н. F указывает в отрицательном направлении оси x.
Какие силы действуют при движении автомобиля? — MVOrganizing
Какие силы действуют при движении автомобиля?
силы, действующие на автомобиль при движении, — сила трения, приложенная сила, сопротивление воздуха и сила тяжести.
Что происходит с сопротивлением воздуха на автомобиле, когда он едет быстрее?
Велосипеды, автомобили и другие движущиеся объекты испытывают сопротивление воздуха при движении. Сопротивление воздуха вызывается силами трения воздуха о автомобиль. Чем быстрее движется автомобиль, тем больше становится сопротивление воздуха.
Как сопротивление влияет на скорость?
Увеличивается ли сопротивление со скоростью? По мере увеличения скорости самолета сопротивление самолета обычно увеличивается намного быстрее. Удвоение скорости заставляет самолет встречать вдвое больше воздуха, движущегося в два раза быстрее, в результате чего сопротивление увеличивается в четыре раза.Таким образом, перетаскивание устанавливает практические ограничения на скорость самолета.
Что создает сопротивление?
Сопротивление возникает из-за разницы в скорости твердого объекта и жидкости. Между объектом и жидкостью должно быть движение. Мы можем рассматривать сопротивление как аэродинамическое трение, и одним из источников сопротивления является поверхностное трение между молекулами воздуха и твердой поверхностью самолета.
Какие два основных типа сопротивления?
Сопротивление — сила, препятствующая движению самолета по воздуху.Есть два основных типа: паразитное сопротивление и индуцированное сопротивление. Первый называется паразитом, потому что он никоим образом не помогает в полете, а второй, индуцированное сопротивление, является результатом подъемной силы, развиваемой аэродинамическим профилем.
Что такое сила сопротивления простыми словами?
В гидродинамике сопротивление (иногда называемое сопротивлением воздуха, типом трения или сопротивлением жидкости, другим типом трения или трением жидкости) — это сила, действующая противоположно относительному движению любого объекта, движущегося относительно окружающей жидкости.
Что такое B в силе сопротивления?
Итак, форма объекта влияет на значение «b», плотность жидкости влияет на «b» и так далее. Это означает, что мы можем записать силу сопротивления воздуха (или силу сопротивления) как fdrag = bv для очень маленьких, медленных объектов или fdrag = bv2 для «объектов размером с человека», в зависимости от ситуации.
Идентификация сил и систем — Физика средней школы
Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или несколько ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.
Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.
Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.
Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:
Вы должны включить следующее:
Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.
Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:
Чарльз Кон
Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105
Или заполните форму ниже:
.