题目内容

如下图所示,质量一定的汽车以速度v沿半径为r的水平弯道轨弯.已知汽车的重心距水平地面的高度为h,内、外侧两轮间的距离为b.由于汽车重心与地面对汽车摩擦力f的作用线有一定的距离h,摩擦力就会产生一个使汽车向外翻转的力矩fh.在下列情况中,外侧轮胎受到地面对它的弹力会增大的是

[  ]

A.当汽车转弯的速率v增大时

B.当弯道的半径r增大时

C.当汽车的重心离地面高度h增大时

D.当内侧轮与外侧轮间距离b增大时

答案:AC
解析:

  解析 本题的求解目标是“外侧轮胎受到地面对它的弹力会增大”的可能情形,那么,只要通过求得该弹力的定量表达式,寻找出影响到该弹力的有关因素,即可解决问题.但如果循着这一思路,读者很快就会发现不胜其烦.

  为转变思路创造条件,我们不妨对汽车进行受力分析,汽车共受四个力的作用,分别是:汽车的重力G,内、外侧轮子所受的两个弹力、,地面对两个轮子的摩擦力Ff,如下图所示.

  由竖直方向的平衡条件可得

  +=mg.

  由上式可知,当增大时,将减小.生活经验告诉我们,汽车在弯道上如果发生翻车,必是向外翻,即当减小至零时,所以,求解“外侧轮胎受到地面对它的弹力会增大”的可能情形,实质上即是求解更容易发生翻车的情形.

  显然,常识告诉我们:当汽车转弯的速率v越大时,或汽车的重心离地面高度h越大时,汽车越容易发生翻车事故;而当内侧轮与外侧轮间距离b越大时,或弯道的半径r越大时,汽车在路面上行驶就越稳定.

  另外,也可根据牛顿运动定律分析,由汽车作圆周运动的条件得

  Ff=.

  由上式可得:弯道的半径r增大时,Ff就减小,摩擦力产生的使汽车向外翻转力矩Ffh就减小;而当汽车转弯的速率v增大时,Ff就增大,摩擦力产生的使汽车向外翻转力矩Ffh就增大.

  又当汽车的重心离地面高度h增大时,摩擦力产生的使汽车向外翻转力矩Ffh就增大;当内侧轮与外侧轮间距离b增大时,汽车重力产生的阻碍翻转的力矩G·就增大.

  综上所述,正确选项是A、C.


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