Качественные задачи по физике в средней школе и не только… (Тульчинский) - страница 42

Это довольно неожиданный вывод – интуитивно кажется, что тяжело нагруженный автомобиль при торможении должен по инерции продвинуться дальше. На практике наша модель оказывается слишком упрощенной – тормозной путь все же несколько увеличивается. Это происходит за счет ограниченной эффективности тормозной системы: сила, прижимающая тормозные колодки к тормозному диску или барабану, с массой автомобиля не связана и поэтому не возрастает с нагрузкой. Тем не менее рост тормозного пути с массой автомобиля все же не настолько значителен, как представляется на первый взгляд. Для водителя из этого вытекают два вывода, важных с точки зрения безопасности: во‐первых, едущий впереди тяжелый грузовой автомобиль может остановиться неожиданно быстро, а, во‐вторых, если вы сидите за рулем очень легкого автомобильчика, это не гарантирует вам маленький тормозной путь.

А вот для автомобиля с прицепом наши выводы неверны. Попробуйте самостоятельно рассчитать, как меняется тормозной путь в зависимости от массы прицепа, если прицеп не оборудован собственной тормозной системой.

41. Тугая пробка

Это связано с природой силы трения: когда одну поверхность пытаются сместить вдоль другой, возникает препятствующая этому сила, направленная против приложенной силы, – сила трения покоя. Чем больше приложенная сила, тем больше препятствующая сила трения покоя, однако у трения покоя есть предельное значение, которое не может быть превышено. Это предельное значение зависит от того, как сильно поверхности прижаты друг к другу и из какого материала сделаны. Когда приложенная внешняя сила превосходит предельное значение, начинается проскальзывание – и сила трения покоя превращается в силу трения скольжения.

Когда мы просто вытаскиваем пробку, мы вытягивающим усилием боремся против полной силы трения (рис. 57).

Рис. 57

Но если мы при этом поворачиваем пробку, вектор силы трения вынужден повернуться (трение препятствует не только вытягиванию пробки, но и ее прокручиванию). Сила трения направляется строго против суммы двух сил (поворачивающей и вытягивающей), но при большом поворачивающем усилии она меньше этой суммы по величине, а значит, и ее продольная составляющая меньше вытягивающей силы, даже если вытягивающая сила невелика (рис. 58).

Рис. 58

А создать большое поворачивающее усилие намного проще, чем вытягивающее: кисть руки и локоть действуют как рычаг.

42. Диверсия на льду

Как и в задаче 41, такое поведение связано с особенностями силы трения. Если усилие, с которым санки тянут вперед, превышает пороговое значение силы трения, то есть санки уже скользят, то дополнительное боковое усилие заставляет силу трения скольжения поменять направление: она направляется строго против векторной суммы силы тяги и бокового усилия. При этом по абсолютной величине она меньше суммы двух этих усилий, а значит, и ее поперечная составляющая меньше бокового усилия, даже если это усилие невелико (рис. 59).