Автомобиль массой 1 т едет по выпуклому мосту, радиус кривизны которого 250 м, со скоростью 72 км/ч. С какой силой давит автомобиль на мост в точке, направление на которую из центра кривизны моста составляет 30° с вертикалью?
от

1 Ответ

Дано:
- масса автомобиля (m) = 1 т = 1000 кг
- радиус кривизны моста (R) = 250 м
- скорость автомобиля (v) = 72 км/ч = 72 / 3.6 = 20 м/с
- угол с вертикалью (θ) = 30°

Найти: сила, с которой автомобиль давит на мост в указанной точке (N).

Решение:

1. Сначала найдем центростремительное ускорение (a_c) автомобиля, которое определяется формулой:
   a_c = v^2 / R.
   
   Подставим значения:
   a_c = (20 м/с)² / 250 м = 400 м²/с² / 250 м = 1.6 м/с².

2. Определим силу тяжести (F_g) автомобиля:
   F_g = m * g,
   где g ≈ 9.81 м/с².
   
   Подставим значения:
   F_g = 1000 кг * 9.81 м/с² = 9810 Н.

3. Рассмотрим силы, действующие на автомобиль в точке, где угол θ составляет 30° с вертикалью:
   - N - сила нормальной реакции от моста, направленная перпендикулярно поверхности моста.
   - F_g - сила тяжести, действующая вниз.

4. Учитывая угол θ, проекции сил можно записать следующим образом:

   Проекция силы тяжести по оси, перпендикулярной мосту:
   F_g_перпендикуляр = F_g * cos(θ),
   где cos(30°) = √3 / 2 ≈ 0.866.

   Подставим значения:
   F_g_перпендикуляр = 9810 Н * 0.866 ≈ 8505.66 Н.

   Проекция силы тяжести по горизонтали:
   F_g_горизонтальная = F_g * sin(θ),
   где sin(30°) = 1/2 = 0.5.

   Подставим значения:
   F_g_горизонтальная = 9810 Н * 0.5 = 4905 Н.

5. Для определения нормальной силы N используем второй закон Ньютона для вертикального направления:
   N - F_g_перпендикуляр = m * a_c,

   где a_c - это центростремительное ускорение, направленное к центру кривизны.

6. Подставим известные значения:
   N - 8505.66 Н = 1000 кг * 1.6 м/с²,
   N - 8505.66 Н = 1600 Н,
   N = 8505.66 Н + 1600 Н,
   N ≈ 10105.66 Н.

Ответ: автомобиль давит на мост с силой примерно 10105.66 Н в указанной точке.
от