Автомобиль едет по вертикальной степс, имеющей форму цилиндра радиусом 5 м (рис. 11.6). Коэффициент трения между колёсами и стеной равен 0,5. Какова минимально возможная скорость автомобиля? Примите, что автомобиль можно рассматривать как материальную точку.
от

1 Ответ

Дано:
- радиус цилиндра r = 5 м,
- коэффициент трения μ = 0,5,
- ускорение свободного падения g ≈ 9,81 м/с².

Найти:
минимально возможную скорость автомобиля v.

Решение:

1. Для автомобиля, движущегося по вертикальной стене цилиндра, необходимо учитывать, что центростремительная сила равна силе трения.
    
2. Центростремительное ускорение a_c выражается как:
a_c = v² / r.

3. Сила тяжести действует вниз и равна mg, а сила трения, которая обеспечивает движение автомобиля по стене, направлена к центру цилиндра и равна F_тр = μN, где N - нормальная сила.

4. Нормальная сила на вертикальной стене равна mg, так как автомобиль находится в состоянии равновесия по вертикали:
N = mg.

5. Тогда сила трения:
F_тр = μmg.

6. Условие равновесия для центростремительной силы:
F_тр = m * (v² / r).

7. Подставим силу трения в уравнение:
μmg = m * (v² / r).

8. Сократим на m (при условии m != 0):
μg = v² / r.

9. Выразим v:
v² = μgr.

10. Подставим известные значения:
v² = 0,5 * 9,81 * 5.

11. Вычислим:
v² = 0,5 * 9,81 * 5 ≈ 24,525.

12. Найдем v:
v ≈ √24,525 ≈ 4,95 м/с.

Ответ:
Минимально возможная скорость автомобиля ≈ 4,95 м/с.
от