Номер 1, страница 97 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

1. Почему опасна езда с большой скоростью по мокрой или обледенелой дороге?

Езда с большой скоростью по мокрой или обледенелой дороге чрезвычайно опасна из-за совокупности нескольких физических факторов, в первую очередь связанных с силой трения, инерцией и кинетической энергией автомобиля.

Решение

Снижение коэффициента трения. Основой управляемости и торможения автомобиля является сила трения между шинами и дорожным покрытием. Мокрая или обледенелая дорога значительно снижает коэффициент трения $ \mu $. Вода или лед действуют как смазка, уменьшая сцепление колес с дорогой. Например, коэффициент трения для пары резина-асфальт на сухой дороге составляет примерно 0.7–0.8, на мокрой дороге он снижается до 0.4–0.5, а на льду может падать до 0.1 и ниже.

Увеличение тормозного пути. Для остановки автомобиля работа силы трения $ A_{тр} $ должна погасить его кинетическую энергию $ E_k $. Кинетическая энергия прямо пропорциональна массе $ m $ и квадрату скорости $ v $:

$ E_k = \frac{mv^2}{2} $

Работа силы трения на тормозном пути $ S $ равна $ A_{тр} = F_{тр} \cdot S $, где $ F_{тр} = \mu mg $ – сила трения скольжения. Приравнивая работу и энергию ($ A_{тр} = E_k $), получаем выражение для тормозного пути:

$ \mu mg S = \frac{mv^2}{2} \implies S = \frac{v^2}{2\mu g} $

Из этой формулы следует, что тормозной путь $ S $ обратно пропорционален коэффициенту трения $ \mu $ и прямо пропорционален квадрату скорости $ v^2 $. Это означает, что при уменьшении коэффициента трения в 5 раз (например, с сухого асфальта на лед) тормозной путь увеличится в 5 раз. При этом увеличение скорости всего в 2 раза приведет к увеличению тормозного пути в 4 раза. Сочетание высокой скорости (большое $ v $) и скользкой дороги (малое $ \mu $) приводит к многократному, опасному увеличению тормозного пути, делая невозможной экстренную остановку.

Потеря управляемости и занос. Сила трения также обеспечивает центростремительную силу, необходимую для выполнения поворота. Чтобы автомобиль двигался по дуге радиусом $ R $ со скоростью $ v $, требуется центростремительная сила $ F_{ц.с.} = \frac{mv^2}{R} $. Эта сила создается за счет сцепления колес с дорогой и не может превышать максимальную силу трения $ F_{тр.макс} = \mu mg $. Если требуемая для поворота сила превысит максимальную силу трения ($ \frac{mv^2}{R} > \mu mg $), сцепление будет потеряно, и автомобиль сорвется в неконтролируемый занос или будет двигаться прямо по инерции. На скользкой дороге (малое $ \mu $) и при высокой скорости (большое $ v $) это условие срыва выполняется даже при плавных поворотах.

Аквапланирование. На мокрой дороге при движении с высокой скоростью протектор шин может не успевать отводить воду из пятна контакта. В результате между шиной и дорогой образуется водяной клин, и шина "всплывает" над поверхностью дороги. Это явление называется аквапланированием. В этот момент сцепление с дорогой падает практически до нуля, и автомобиль становится полностью неуправляемым – он не реагирует на повороты руля и торможение.

Ответ:

Езда с большой скоростью по мокрой или обледенелой дороге опасна, так как из-за низкого коэффициента трения между шинами и дорогой резко возрастает тормозной путь (пропорционально квадрату скорости), а также многократно повышается риск потери управляемости и срыва в занос при совершении маневров. На мокрой дороге дополнительную опасность представляет эффект аквапланирования, при котором автомобиль полностью теряет сцепление с дорогой и становится неуправляемым.