题目内容

1.太原中环快速路是太原市区首条坏形快速路,全线为加强型城市主干道,主线没有红绿灯,中环路上汽车的最高限速是80km/h(取22m/s).已知汽车轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.5倍,当汽车以最高限速运动时,问:(g=10m/s2)
(1 )若汽车在水平路面上拐弯,要使汽车不发生侧滑,则砖弯的最小半径是多大?
(2)在道路的弯道处,路面外高内低,路面与水平面间的夹角为θ,且tanθ=0.25.若车轮与路面间的侧向摩擦力恰好为零,则弯道的半径是多大?
(3)中环路上设计了圆弧拱桥实现立体交叉,要使汽车能安全通过拱桥,则拱桥的最小半径是多大?

分析 (1)根据最大静摩擦力提供向心力求出转弯的最小半径.
(2)根据重力和支持力的合力提供向心力求出弯道的半径.
(3)抓住支持力为零,结合重力提供向心力求出拱桥的最小半径.

解答 解:(1)设地面对汽车的最大静摩擦力为fm,
fm=0.5mg,
根据${f}_{m}=m\frac{{v}^{2}}{{r}_{1}}$得,转弯的最小半径${r}_{1}=\frac{{v}^{2}}{0.5g}=\frac{2{2}^{2}}{5}m$=96.8m.
(2)设地面对汽车的支持力为FN,
${F}_{N}sinθ=m\frac{{v}^{2}}{{r}_{2}}$,
FNcosθ=mg,
代入数据解得r2=193.6m.
(3)根据mg=m$\frac{{v}^{2}}{{r}_{3}}$得,
拱桥的最小半径${r}_{3}=\frac{{v}^{2}}{g}=\frac{2{2}^{2}}{10}m=48.4m$.
答:(1)若汽车在水平路面上拐弯,要使汽车不发生侧滑,则砖弯的最小半径是96.8m;
(2)弯道的半径是193.6m;
(3)拱桥的最小半径是48.4m.

点评 解决本题的关键知道汽车做圆周运动向心力的来源,抓住临界状态,结合牛顿第二定律进行求解.

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