Question

一辆在水平公路上行驶的汽车，质量m=2.0×10³kg，轮胎与路面间的最大静摩擦力f_m=7.5×10³N．当汽车经过一段半径r=60m的水平弯路时，为了确保不会发生侧滑，汽车转弯时的行驶速率不得超过多少？为保证汽车能安全通过弯路，请你对公路及相应设施的设计，提出合理化建议．

Answer 1

【答案】分析：（1）汽车做圆周运动，重力与支持力平衡，侧向静摩擦力提供向心力，当摩擦力等于最大静摩擦力时，速度最大；
（2）要防止侧滑，即防止最大静摩擦力不足提供向心力，只要有助于增大摩擦或减小向心力就行．
解答：解：（1）汽车转弯时，汽车受的静摩擦力提供向心力．根据牛顿第二定律有
f_m=m
解得：v_m═15m/s
（2）①在转弯处增设限速标志；
②将转弯处的路面设计为外高内低．
答：为了确保不会发生侧滑，汽车转弯时的行驶速率不得超过15m/s，为保证汽车能安全通过弯路，可以在转弯处增设限速标志；将转弯处的路面设计为外高内低．
点评：本题关键找出向心力来源，将侧向最大静摩擦力与所需向心力比较，若静摩擦力不足提供向心力，则车会做离心运动；第二问是开放性问题，只要有利于增大向心力就行！