Известно, что вес болида Формулы-1 при скорости 216 км/ч в 6 раз превышает силу тяжести. Какой минимальный радиус поворота R на горизонтальном участке трассы, по которому может проехать такой болид на данной скорости, если коэффициент трения между покрышками и поверхностью трассы равен 0,8 и ускорение свободного падения равно 10 м/с?
Физика11 классДинамикафизикавес болида Формулы-1скорость 216 км/чсила тяжестирадиус поворотагоризонтальный участок трассыкоэффициент тренияпокрышкиускорение свободного падениязадача по физике
Для решения данной задачи нам нужно использовать несколько физических понятий, таких как сила тяжести, сила трения и центростремительное ускорение.
Шаг 1: Определим вес болида и силу тяжести.
Согласно условию, вес болида в 6 раз превышает силу тяжести. Обозначим массу болида через m. Тогда сила тяжести (Fт) будет равна:
Следовательно, вес болида (Fв) равен:
Шаг 2: Найдем силу трения.
Сила трения (Fтр),которая позволяет болиду проходить поворот, рассчитывается по формуле:
где μ - коэффициент трения, а Fн - нормальная сила. В нашем случае нормальная сила равна весу болида, то есть Fн = Fв = 60m.
Таким образом, сила трения будет равна:
Шаг 3: Уравнение для центростремительного ускорения.
Когда болид движется по кругу с радиусом R, на него действует центростремительная сила (Fц),которая равна:
где aц - центростремительное ускорение. Оно также может быть выражено через скорость v и радиус R:
Таким образом, центростремительная сила будет равна:
Шаг 4: Приравняем силу трения к центростремительной силе.
Для того чтобы болид успешно проходил поворот, сила трения должна быть равна центростремительной силе:
Подставим известные выражения:
Сократим массу m (при условии, что m не равно 0):
Шаг 5: Переведем скорость в метры в секунду.
Скорость v задана в км/ч, и нам нужно перевести ее в м/с:
Шаг 6: Подставим значение скорости в уравнение.
Теперь мы можем подставить значение скорости v в уравнение:
Решим это уравнение для R:
Шаг 7: Вычислим радиус R.
Ответ: Минимальный радиус поворота R, по которому может проехать болид на скорости 216 км/ч, составляет 75 метров.