Гоночный автомобиль на кольце
5/10На кольцевой горизонтальной дороге радиуса \(R = 1000\) м стартует гоночный автомобиль массой \(m = 1000\) кг с постоянным касательным ускорением \(a = 2\) м/с\(^2\). Определите, в течение какого времени гонщику удастся удерживать автомобиль на дороге, если коэффициент трения скольжения шин о покрытие дороги \(\mu = 0{,}5\). Ведущие колёса у автомобиля — задние, нагрузки на переднюю и заднюю оси при таком движении одинаковы. Центр масс автомобиля расположен очень низко.
▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(t = \dfrac{\sqrt R}{a}(\mu^2g^2 - 4a^2)^{1/4} \approx 27\) с.
РешениеРассмотрим силы, действующие на автомобиль в момент времени, когда он должен сорваться с трека. В этот момент силы трения, действующие на задние колёса, достигают своего максимального значения, равного \[F = \mu(m/2)g,\] и направлены под углом \(\alpha\) к вектору скорости (рис. 40). Тогда

\[F_1 = F\sin\alpha = \dfrac{m}{2}\cdot\dfrac{v^2}{R},\] \[F_2 = F\cos\alpha = ma.\] Возводя оба уравнения в квадрат и складывая, получаем \[F^2 = \left(\dfrac{ma^2t^2}{2R}\right)^2 + (ma)^2,\] откуда время равно \[t = \dfrac{\sqrt R}{a}(\mu^2g^2 - 4a^2)^{1/4} = 26{,}5\text{ с} \approx 27\text{ с}.\]
Похожие задачи
- Автобус на подъёме и спуске при пропорциональном сопротивлении Физтех 2009/10, 11 кл.
- Сила трения о колёса МОШ 2012/13, 10 кл.
- Сила трения колёс автомобиля МОШ 2012/13, 11 кл.
- Коэффициент полезного действия электрокара Интернет-олимпиада 2014/15, 8 кл.
- Расход бензина на подъёме «Гранит науки» 2020/21, 9–11 кл.
- Разгон автомобиля по графику скорости Физтех 2022/23, 11 кл.