Присоединиться

Физика·Динамика·9–10 класс

С какой силой автомобиль 1000 кг давит на выпуклый мост радиусом 40 м при скорости 10 м/с

Условие

Автомобиль массой 1000 кг проезжает по выпуклому мосту; вблизи верхней точки профиль моста можно считать дугой окружности радиусом 40 м. В верхней точке скорость автомобиля равна 10 м/с. С какой силой автомобиль давит на мост в этой точке и при какой скорости в верхней точке сила давления на мост обратилась бы в нуль? Принять g = 10 м/с².

Ответ

N = 7500 Н (7,5 кН); давление обращается в нуль при v = 20 м/с

Решение по шагам

  1. Шаг 1. Движение по окружности: куда направлено ускорение

    В верхней точке выпуклого моста автомобиль движется по дуге окружности, поэтому его ускорение центростремительное — направлено к центру окружности, то есть вертикально вниз, и равно a=v2Ra = \dfrac{v^2}{R}. Силы на автомобиль: сила тяжести mgmg вниз и реакция моста NN вверх.

  2. Шаг 2. Второй закон Ньютона в проекции к центру

    Направим ось к центру окружности (вниз): mgN=mv2Rmg - N = \dfrac{mv^2}{R}, откуда N=m(gv2R)N = m\left(g - \dfrac{v^2}{R}\right). По третьему закону Ньютона автомобиль давит на мост с силой такого же модуля. Знак «минус» — признак именно выпуклого моста: тело как бы «недодавливает» на опору.

Осталось ещё 2 шага — откроются после входа:

  • Шаг 3. Считаем силу давления
  • Шаг 4. При какой скорости давление обнулится
Получить полное решение

Бесплатно · займёт минуту

Частые ошибки

  • Пишут N=mg+mv2RN = mg + \dfrac{mv^2}{R}: плюс справедлив для вогнутого моста (нижней точки впадины), а на выпуклом мосту давление меньше веса.

  • Считают, что при движении по окружности сила тяжести «не участвует», и приравнивают N=mv2R=2500N = \dfrac{mv^2}{R} = 2500 Н.

  • Не замечают, что при v>20v > 20 м/с формула даёт отрицательное NN: физически это означает потерю контакта с мостом, а не «отрицательную силу».

  • Подставляют вместо радиуса длину или высоту моста — в формулу входит именно радиус кривизны дуги.

Другие задачи по теме «Динамика»