Номер 8, страница 165 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

8. Почему водители груженых автомобилей преодолевают крутые подъемы на малой скорости?

8. Водители груженых автомобилей преодолевают крутые подъемы на малой скорости из-за ограничений мощности двигателя и законов механики. Рассмотрим этот процесс с точки зрения физики.

Мощность, развиваемая двигателем автомобиля, связана с силой тяги и скоростью движения следующей формулой:

$P = F \cdot v$

где $P$ — мощность, $F$ — сила тяги, а $v$ — скорость автомобиля.

Отсюда скорость можно выразить как:

$v = \frac{P}{F}$

При движении на крутой подъем автомобилю необходимо преодолеть не только силы трения и сопротивления воздуха, но и составляющую силы тяжести, направленную вдоль склона. Для груженого автомобиля эта сила очень велика, так как его масса $m$ значительна. Сила, которую должен развить двигатель (сила тяги $F$), должна быть как минимум равна сумме силы сопротивления и скатывающей составляющей силы тяжести $mg \sin(\alpha)$, где $\alpha$ — угол наклона подъема.

Таким образом, для преодоления крутого подъема груженому автомобилю требуется развить очень большую силу тяги $F$.

Двигатель автомобиля имеет максимальную мощность $P_{max}$, которую он может развить. Поскольку эта мощность ограничена, а требуемая сила тяги $F$ очень велика, из формулы $v = \frac{P_{max}}{F}$ следует, что скорость $v$ будет неизбежно малой. Чем больше сила тяги, необходимая для подъема, тем меньше будет скорость при постоянной мощности двигателя.

Для создания большой силы тяги водители используют низшие передачи в коробке передач. Низкие передачи увеличивают крутящий момент на колесах (и, соответственно, силу тяги), но одновременно снижают скорость их вращения, что и приводит к движению автомобиля на малой скорости.

Ответ: Для преодоления крутого подъема груженому автомобилю с большой массой требуется развить значительную силу тяги, чтобы противодействовать силе тяжести. Поскольку мощность двигателя автомобиля ограничена ($P = F \cdot v$), увеличение силы тяги ($F$) неизбежно приводит к уменьшению скорости движения ($v$). Водители используют низкие передачи, чтобы получить максимальную силу тяги, что и обуславливает низкую скорость.