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?

Физика 11 класс Динамика физика вес болида Формулы-1 скорость 216 км/ч сила тяжести радиус поворота горизонтальный участок трассы коэффициент трения покрышки ускорение свободного падения задача по физике Новый

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:

• Fт = m * g, где g = 10 м/с².

Следовательно, вес болида (Fв) равен:

• Fв = 6 * Fт = 6 * m * g = 6 * m * 10 = 60m.

Шаг 2: Найдем силу трения.

Сила трения (Fтр), которая позволяет болиду проходить поворот, рассчитывается по формуле:

• Fтр = μ * Fн,

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:

• Fтр = μ * Fн = 0.8 * 60m = 48m.

Шаг 3: Уравнение для центростремительного ускорения.

Когда болид движется по кругу с радиусом R, на него действует центростремительная сила (Fц), которая равна:

• Fц = m * aц,

где aц - центростремительное ускорение. Оно также может быть выражено через скорость v и радиус R:

• aц = v² / R.

Таким образом, центростремительная сила будет равна:

• Fц = m * (v² / R).

Шаг 4: Приравняем силу трения к центростремительной силе.

Для того чтобы болид успешно проходил поворот, сила трения должна быть равна центростремительной силе:

• Fтр = Fц.

Подставим известные выражения:

• 48m = m * (v² / R).

Сократим массу m (при условии, что m не равно 0):

• 48 = v² / R.

Шаг 5: Переведем скорость в метры в секунду.

Скорость v задана в км/ч, и нам нужно перевести ее в м/с:

• v = 216 км/ч * (1000 м / 1 км) * (1 ч / 3600 с) = 60 м/с.

Шаг 6: Подставим значение скорости в уравнение.

Теперь мы можем подставить значение скорости v в уравнение:

• 48 = (60)² / R.

Решим это уравнение для R:

• 48R = 3600,
• R = 3600 / 48.

Шаг 7: Вычислим радиус R.

• R = 75 м.

Ответ: Минимальный радиус поворота R, по которому может проехать болид на скорости 216 км/ч, составляет 75 метров.