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0.6倍.如果汽车在这种高速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?如果高速路上设计了圆弧拱桥做立交桥,要使汽车能够安全通过圆弧拱桥,这个圆弧拱桥的半径至少是多少?(取g=10m/s2)
解:(1)静摩擦力提供向心力108km/h=30m/s
故最小半径为150m
(2)当仅由重力提供向心力时
故这个圆弧拱桥的半径至少是90m.
分析:(1)汽车在水平路面上拐弯,靠静摩擦力提供向心力,根据牛顿第二定律求出弯道的最小半径.
(2)汽车能够安全通过圆弧拱桥时临界状态是支持力为零,仅靠重力提供向心力,根据牛顿第二定律求出圆弧拱桥的最小半径.
点评:解决本题的关键知道汽车在水平路面上拐弯靠静摩擦力提供向心力,在拱桥的顶端,靠重力和支持力的合力提供向心力,当支持力为零时,仅靠重力提供向心力.