题目内容

【题目】在用高级沥青铺设的高速公路上,汽车的设计时速是108km/h,汽车在这种路面上行驶时,它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.5倍.
(1)如果汽车在这种高速公路的水平弯道上拐弯,假设弯道的路面是水平的,其弯道的最小半径是多少?
(2)事实上在高速公路的拐弯处,路面造得外高内低,路面与水平面间的夹角为θ,且tan θ=0.3125;而拐弯路段的圆弧半径R=200m.若要使车轮与路面之间的侧向摩擦力等于零,则车速v应为多少?(g=10m/s2)

【答案】
(1)解:汽车在水平路面上拐弯,可视为汽车做匀速圆周运动,其向心力是车与路面间的静摩擦力提供,当静摩擦力达到最大值时,由向心力公式可知这时的半径最小,有:Fm=0.5mg≥

由速度v=108km/h=30m/s,解得弯道半径为:r≥180m;

答:假设弯道的路面是水平的,其弯道的最小半径是180m


(2)解:若要使车轮与路面之间的侧向摩擦力等于零,则重力和支持力的合力提供向心力,根据向心力公式得:mgtanθ=

解得: =25m/s

答:若要使车轮与路面之间的侧向摩擦力等于零,则车速v应为25m/s.


【解析】汽车在水平路面上拐弯,可视为汽车做匀速圆周运动,其向心力是车与路面间的静摩擦力提供,当静摩擦力达到最大值时,由向心力公式可知这时的半径最小,写出运动学方程,即可求得结果.若要使车轮与路面之间的侧向摩擦力等于零,则重力和支持力的合力提供向心力,根据向心力公式列式即可求解.
【考点精析】利用向心力对题目进行判断即可得到答案,需要熟知向心力总是指向圆心,产生向心加速度,向心力只改变线速度的方向,不改变速度的大小;向心力是根据力的效果命名的.在分析做圆周运动的质点受力情况时,千万不可在物体受力之外再添加一个向心力.

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