Разгон автомобиля с полным приводом
5/10Автомобиль с мощным двигателем и полным приводом движется прямолинейно с постоянной скоростью. Водитель, желая увеличить скорость, резко нажимает педаль газа и удерживает её в новом положении. Скорость вращения колёс практически мгновенно возрастает в \(k\) раз и через некоторое время автомобиль снова движется равномерно со скоростью, в \(k\) раз больше начальной. Найдите отношение количества теплоты, выделившейся между шинами и дорогой при разгоне автомобиля, к приращению кинетической энергии автомобиля. Коэффициент трения между шинами и дорогой не изменяется, сопротивление воздуха пренебрежимо мало.
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаЗапишите закон сохранения энергии для разгона: работа двигателя равна сумме приращения кинетической энергии и выделившейся теплоты. Работу двигателя удобно выразить через силу трения и путь, пройденный колёсами.
Ответ\(\dfrac{Q}{\Delta W_{\text{к}}} = \dfrac{(k-1)^2}{k^2-1} = \dfrac{k-1}{k+1}\).
РешениеИз закона сохранения энергии \[\frac{mv^2}{2} + A = \frac{m(kv)^2}{2} + Q .\] Работа двигателя при разгоне равна \[A = F\cdot(kv)\cdot t_{\text{разгона}} = ma\cdot kv\cdot\frac{kv - v}{a} = mv^2k(k-1) = \frac{mv^2}{2}\cdot 2k(k-1),\] поэтому выделившееся количество теплоты \[Q = \frac{mv^2}{2}\bigl(1 + 2k^2 - 2k - k^2\bigr) = \frac{mv^2}{2}\bigl(k^2 - 2k + 1\bigr) = \frac{mv^2}{2}(k-1)^2 .\] С учётом изменения кинетической энергии \(\Delta W_{\text{к}} = \dfrac{mv^2}{2}(k^2 - 1)\) получаем \[\frac{Q}{\Delta W_{\text{к}}} = \frac{(k-1)^2}{k^2-1} = \frac{k-1}{k+1} .\]
Похожие задачи
- Шайба: одно измерение МОШ 2013/14, 7-11 кл.
- Переменное трение ВсОШ 2013/14, 10 кл.
- Пуля и брусок СПбГУ 2014/15, 9 кл.
- Шайба в коридоре со стенками Курчатов 2017/18, 9 кл.
- Лыжник на склоне Курчатов 2021/22, 9 кл.
- Шайба на доске после удара Курчатов 2021/22, 11 кл.