СДАМ ГИА: РЕШУ ЕГЭ
Образовательный портал для подготовки к экзаменам
Физика
Физика
Cайты, меню, вход, новости


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Задание 29 № 3663

На последнем автосалоне в Детройте фирма «Мерседес» представила новый родстер с двигателем объёмом 4,7 литра, способный разгоняться от 0 до 100 км/ч за 4,8 секунды. Считая, что процесс разгона происходит по горизонтали и является равноускоренным, определите, под каким углом к горизонту направлена сила, действующая на водителя со стороны сиденья во время такого разгона.

Решение.

При разгоне с постоянным ускорением от нулевой начальной скорости до конечной скорости в течение времени имеем, согласно кинематическим соотношениям, откуда

 

 

Сила действующая на водителя со стороны сиденья при таком разгоне, складывается по правилу параллелограмма из двух взаимно перпендикулярных оставляющих. По вертикали водитель не движется, и на основании второго закона Ньютона вертикальная проекция искомой силы равна силе тяжести: где — масса водителя. Горизонтальная проекция искомой силы обеспечивает, согласно второму закону Ньютона, равноускоренное движение водителя вместе с автомобилем:

Таким образом, тангенс угла а наклона вектора к горизонту равен

 

 

а сам угол

 

Ответ:

Раздел кодификатора ФИПИ: 1.1.6 Равноускоренное прямолинейное движение, 1.2.4 Второй закон Ньютона: для материальной точки в ИСО
Спрятать решение · · Видеокурс ·
Юрий Шойтов (Курск) 12.11.2012 23:25

Автомобиль разгоняет не двигатель, а сила трения покоя между дорогой и ведущими шинами автомобиля. Эта сила не может быть больше, чем К*N (первый закон Кулона - Амонтона). Так как все родстеры имеют привод на одну ось, величина силы нормального давления составит примерно половину величины силы тяжести. Тогда модуль ускорения, которое может развить автомобиль a=K*g/2. При коэффициенте трения, который фигурирует в предыдущих задачах К=0,4 ускорение составит всего лишь 2 метра в секунду за секунду. При хорошем сцеплении колес с дорогой К=0,7. В этом случае модуль ускорения составит не более 3,5 метра в секунду за секунду при двигателе любой мощности. При мощных двигателях ведущие колеса автомобиля будут буксовать, и автомобиль потеряет управление.

 

Время разгона до 100 км/час, которое указано в технических характеристиках автомобиля, характеризует приемистость двигателя и получается при СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ двигателей. К реальному ускорения автомобиля на дороге это число не имеет никакого отношения.

 

Формулировка задачи противоречит законам физики и свидетельствует о некомпетентности ее автора. Задачу вместе с решением, безусловно, следует снять.

Юрий Шойтов (Курск) 13.11.2012 10:52

Здравствуйте, Алексей!

Я написал комментарий к содержанию и решению данной задачи, однако, несмотря на то, что я получил уведомление, о том, что сообщение принято, моего комментария в списке не оказалось. Не знаю, чем это объяснить.

Я думаю, что наше общение было бы более плодотворным, если бы мы общались через электронную почту.

Во-первых это избавило бы меня от необходимости осваивать латех, а пользоваться привычным вордом.

Во вторых наши дискуссии вряд ли будут понятны школьникам, для которых собственно и создана эта программа.

Убедительно прошу Вас сообщить мне свой адрес электронной почты.

Алексей (Санкт-Петербург)

Добрый день!

Не переживайте, Юрий, я получил Ваш комментарий, просто он не сразу появляется в общем доступе. Мне кажется, что данная задача совместно с Вашим комментарием образует очень полезную для школьников связку, так что пусть она пока остается.

Кроме того, я все же не хотел бы переносить наше с Вами общение в кулуары. Я лелею надежду, что наши обсуждения наполняют данный ресурс некоторым дополнительным весом, который все-таки может быть полезен любознательным школьникам.

Поэтому я хотел бы продолжать общаться на просторах данного сайта. Кроме того я лично в последнее время стал опасаться ворда :)

Юрий Шойтов (Курск) 14.11.2012 16:10

Здравствуйте,Алексей!

Да, Вы правы. Задача действительно интересная. Я думаю, если заменить родстер на самолет, разгоняющийся по взлетной полосе, то и с физическими реалиями все будет в порядке.

Алексей (Санкт-Петербург)

Добрый день!

Я не инженер, так что не знаю, как именно вес автомобилей распределяется между осями. Давайте считать, что у родстера, описанного в задаче, мотор располагается около ведущей оси, где-нибудь над ним, так что коэффициент 1/2 можно заменить на нечто большее. Тогда при условии достаточно хорошего сцепления с дорожным покрытием можно ожидать большого ускорения.

Юрий Шойтов (Курск) 16.11.2012 10:18

Здравствуйте, Алексей!

Инженерные знания здесь не причем. Силу реакции дороги легко рассчитываются, исходя из условия равновесия автомобиля для вращательного движения: "Сумма моментов всех сил, действующих на твердое тело равна равна нулю". Из решения видно, что дело здесь не в том, где расположен двигатель, а в том, где расположен центр масс автомобиля с водителем и пассажиром.

Все родстеры имеют провод на задние колеса. Увеличить силу реакции дороги на задние колеса можно только,

сместив центр масс ближе к задним колесам (скажем, положив в багажник груз по массе сравнимый с массой автомобиля). Но в этом случае при резком разгоне с места автомобиль будет становиться на задние колеса ("на дыбы"), как это происходит мотоциклом.

А при коэффициенте трения колес об асфальт 0,4, который фигурирует во всех Ваших задачах, даже автомобиль с приводом на все колеса может развить ускорение не более 0,4 метра в секунду за секунду.

Алексей (Санкт-Петербург)

Добрый день!

Сочиняя предыдущий комментарий, я, конечно, подразумевал, что, поместив мотор над ведущей осью, мы сместим центр тяжести к этой оси. Что Вы здесь и предлагаете. Просто в моих представлениях мотор является одной из самых тяжелых деталей автомобиля, тем более с учетом того, что у спорткаров сейчас делают всякие неметаллические облегченные корпуса.

Значение коэффициента трения здесь не приведено, поэтому будем считать, что оно максимальное из реально возможных. Кроме того будет считать, что шины хорошо прогреты, что также увеличит сцепление.

Юрий Шойтов (Курск) 19.11.2012 19:39

Здравствуйте, Алексей!

Еще раз объясняю Вам, что приведенная характеристика автомобиля, получается в результате испытания двигателя на стенде и не имеет никакого отношения к ускорения автомобиля нв дороге, которое зависит от состояния дороги и ведущих шин.

При реальном разгоне нам придется как минимум трижды переключить передаточное число, на что уйдет не менее двух, двух с половиной секунд (автоматическая коробка переключает передачи еще медленнее). В момент переключения скоростей двигатель отсоединен от ведущих колес, автомобиль из-за сопротивления воздуха движется замедленно. Таким образом , время реального разгона будет еще меньше.

Ваше упорство основано на принципе: "Если нельзя,но очень хочется, то можно." Да замените Вы родстер на самолет, разгоняющийся по взлетной полосе, и с физическими реалиями все будет в порядке.

Алексей (Санкт-Петербург)

Добрый день!

Вот Вы вскрыли и еще одну сторону медали, невозможность постоянного ускорения.

Согласно информации из интернета, на данный момент разгон до 100 км/ч делают за 3 с.

На счет самолета, я подумаю.

Гость 29.01.2013 23:01

Здравствуйте!

Скажите пожалуйста,а для чего вообще в этой задаче дан объем двигателя? просто чтобы сбить с толку?

Алексей (Санкт-Петербург)

Добрый день!

Именно так! Не поддавайтесь на провокации :)

Дмитрий Демарин 24.09.2016 04:05

Просьба удалить комментарии Юрия Шойтова (Курск) к этой задаче. Общеизвестно, что автомобили могут разгоняться до скорости 100 км/ч быстрее, чем за 4,8 секунды на асфальтовом покрытии. Эти показатели официально регистрируются оргкомитетами соревнований или книги рекордов.

Первый же результат в выдаче гугла даёт:

https://www.youtube.com/watch?v=bO7HlsAbhQk

 

Эти комментарии, таким образом, имеют отрицательную ценность, так как пытаются убедить в заведомо ложном утверждении, а вследствие агрессивной подачи могут смутить школьников, внушая ложные представления об окружающей действительности.