Номер 3, страница 116 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

3. Как сократить тормозной путь?

Тормозной путь — это расстояние, которое проходит транспортное средство с момента нажатия на педаль тормоза до полной остановки. Чтобы понять, как его сократить, необходимо рассмотреть физические принципы, лежащие в основе торможения.

Решение

С точки зрения физики, при торможении кинетическая энергия автомобиля ($E_k$) переходит в тепловую энергию за счет работы силы трения ($A_{тр}$) между тормозными колодками и дисками, а также между шинами и дорожным покрытием.

Кинетическая энергия автомобиля массой $m$, движущегося со скоростью $v$, вычисляется по формуле:

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

Работа, совершаемая силой трения $F_{тр}$ на тормозном пути $S$, равна:

$A_{тр} = F_{тр} \cdot S$

Сила трения в основном определяется сцеплением шин с дорогой и равна $F_{тр} = \mu \cdot N$, где $\mu$ — коэффициент трения, а $N$ — сила нормальной реакции опоры. Для автомобиля на горизонтальной дороге сила реакции опоры равна силе тяжести $N = mg$. Таким образом, $F_{тр} = \mu mg$.

Приравнивая кинетическую энергию к работе силы трения ($E_k = A_{тр}$), получаем:

$\frac{mv^2}{2} = \mu mgS$

Выразим из этой формулы тормозной путь $S$:

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

Анализ этой формулы позволяет выделить основные способы сокращения тормозного пути.

1. Уменьшение начальной скорости движения (v)

Из формулы видно, что тормозной путь $S$ пропорционален квадрату скорости ($S \propto v^2$). Это самый значимый фактор. Уменьшение скорости в 2 раза сокращает тормозной путь в 4 раза. Увеличение скорости в 2 раза увеличивает тормозной путь в 4 раза. Поэтому основной и наиболее эффективный способ уменьшить тормозной путь — это двигаться с меньшей скоростью.

Ответ: Самый эффективный способ сократить тормозной путь — снизить скорость движения, так как зависимость между тормозным путем и скоростью квадратичная.

2. Увеличение коэффициента трения ($\mu$)

Тормозной путь обратно пропорционален коэффициенту трения $\mu$: чем он выше, тем путь короче. На коэффициент трения влияют:

• Состояние шин: Использование качественных шин, соответствующих сезону (зимние/летние), с достаточной глубиной протектора и правильным давлением обеспечивает наилучшее сцепление с дорогой.
• Состояние дорожного покрытия: Сухой и чистый асфальт обеспечивает высокий коэффициент трения. На мокрой, заснеженной или обледенелой дороге коэффициент трения резко падает, что многократно увеличивает тормозной путь. Необходимо выбирать скоростной режим, соответствующий дорожным условиям.
• Исправность тормозной системы: Эффективная работа тормозов, в частности наличие и исправность антиблокировочной системы (ABS), позволяет избежать блокировки колес при резком торможении, поддерживая максимальный коэффициент трения (трение покоя, которое выше трения скольжения).

Ответ: Для сокращения тормозного пути необходимо обеспечивать максимальный коэффициент трения, используя качественные сезонные шины, поддерживая их в исправном состоянии, а также следя за исправностью тормозной системы и учитывая состояние дорожного покрытия.

3. Уменьшение массы автомобиля (m)

В упрощенной формуле $S = \frac{v^2}{2\mu g}$ масса $m$ сокращается, что создает впечатление, будто она не влияет на тормозной путь. На практике же более тяжелый автомобиль обладает большей кинетической энергией, которую нужно погасить. Это приводит к большему выделению тепла в тормозных механизмах, что может вызвать их перегрев и потерю эффективности. Таким образом, перегруженный автомобиль будет останавливаться дольше.

Ответ: Избегание перегрузки автомобиля и уменьшение его массы способствуют сокращению тормозного пути, так как снижается инерция и нагрузка на тормозную систему.

Важное дополнение: полный остановочный путь

Следует помнить, что полный остановочный путь (расстояние от момента обнаружения опасности до полной остановки) включает в себя еще и путь, пройденный за время реакции водителя ($S_{реакции}$).

$S_{полный} = S_{реакции} + S_{тормозной} = (v \cdot t_{реакции}) + \frac{v^2}{2\mu g}$

Сокращение времени реакции (быть внимательным, не отвлекаться на телефон, быть отдохнувшим) не уменьшает сам тормозной путь, но значительно сокращает полный остановочный путь, что критически важно для предотвращения ДТП.

Ответ: Сокращение общего остановочного пути достигается за счет уменьшения времени реакции водителя, что требует максимальной концентрации на дороге и отказа от отвлекающих факторов.