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
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 . Силы на автомобиль: сила тяжести вниз и реакция моста вверх.
Шаг 2. Второй закон Ньютона в проекции к центру
Направим ось к центру окружности (вниз): , откуда . 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
Бесплатно · займёт минуту
Частые ошибки
- ✗
Пишут : 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 Н.
- ✗
Не замечают, что при м/с формула даёт отрицательное : 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.