Чтобы определить наименьший радиус поворота автомобиля, движущегося со скоростью 40 м/с, при коэффициенте трения резины об асфальт 0,4, необходимо использовать формулу для центростремительного ускорения:
[ a = \frac{v^2}{r} ]
где:
- ( v ) — скорость автомобиля,
- ( r ) — радиус поворота,
- ( a ) — центростремительное ускорение.
Центростремительное ускорение автомобиля на повороте должно быть равно максимальной силе трения, которая удерживает автомобиль на траектории. Сила трения ( F_{\text{тр}} ) определяется как:
[ F_{\text{тр}} = \mu \cdot N ]
где:
- ( \mu ) — коэффициент трения,
- ( N ) — нормальная сила.
На горизонтальной дороге нормальная сила ( N ) равна весу автомобиля ( mg ):
[ N = mg ]
Максимальная сила трения, которая может быть приложена к автомобилю, равна:
[ F_{\text{тр}} = \mu mg ]
Сила трения также обеспечивает центростремительное ускорение, поэтому:
[ F_{\text{тр}} = ma ]
Подставляем ( a = \frac{v^2}{r} ):
[ \mu mg = m \cdot \frac{v^2}{r} ]
Разделим обе части уравнения на ( m ):
[ \mu g = \frac{v^2}{r} ]
Выразим радиус ( r ):
[ r = \frac{v^2}{\mu g} ]
Теперь подставим известные значения:
- ( v = 40 \, \text{м/с} ),
- ( \mu = 0,4 ),
- ( g \approx 9,8 \, \text{м/с}^2 ).
Получаем:
[ r = \frac{40^2}{0,4 \cdot 9,8} ]
Считаем:
[ 40^2 = 1600 ]
[ 0,4 \cdot 9,8 = 3,92 ]
[ r = \frac{1600}{3,92} \approx 408,16 \, \text{м} ]
Таким образом, наименьший радиус поворота автомобиля составляет приблизительно 408,16 метров.