Решение до правки #12529 от , автор astrosander. Это не текущая версия.

Условие

2.1.64. С какой максимальной скоростью может ехать по горизонтальной плоскости мотоциклист, описывая круг радиуса , если коэффициент трения равен ? На какой угол от вертикали он должен при этом отклониться? Во сколько раз увеличится максимально допустимая скорость мотоциклиста при движении по наклонному треку с углом наклона к горизонту по сравнению с максимально допустимой скоростью при движении по горизонтальному треку при том же радиусе поворота и том же коэффициенте трения?

Решение

 Силы действующие на мотоцикл
Силы действующие на мотоцикл

Изобразим силы, действующие на мотоцикл (см. рис. верхний), и запишем второй закон Ньютона тр

В проекции на оси: тр

Учитывая, что при движении по окружности , сила трения равна тр, получаем, что максимальная скорость движения мотоциклиста равна

 Силы действующие на мотоцикл при повороте
Силы действующие на мотоцикл при повороте
Силы действующие на мотоцикл при повороте

При повороте мотоциклист отклоняется к центру окружности на некоторый угол (см. рис. нижний). Тогда по второму закону Ньютона

Откуда

Рассмотрим движение велосипедиста по горизонтальному треку (рис.).

На велосипедиста действуют: сила тяжести и нормальная составляющая силы реакции опоры .

Центростремительное ускорение велосипедиста может сообщить здесь только сила трения покоя, направленная по радиусу окружности к центру О и возникающая в том случае, когда велосипедист наклоняется к центру окружности.

Равнодействующая сил и тртр проходит через центр тяжести велосипедиста, и в противном случае существовал бы опрокидывающий момент сил.

По второму закону Ньютона для проекции на радиальное направление X тр, где - скорость движения велосипедиста.

Так как сила трения покоя тр, то получаем неравенство максимальное значение скорости на горизонтальном треке .

Рассмотрим движение велосипедиста по наклонному треку. Действующие на него силы изображены на рис. ( - равнодействующая сил реакции опоры и силы трения покоя тр). По второму закону Ньютона для проекций на оси X и Y:

по оси Y тр (1)

по оси X тр (2), где

( - скорость движения по наклонному треку). Перепишем систему в виде: тртр

Выразим из этой системы и тр. Для этого умножим уравнение на , а уравнение - на : тртр

После сложения получим

Умножим на , а - на , тогда тртр

После вычислений найдем тр Так как тр - сила трения покоя, то тр Разделим обе части на (из условия ).

Если , то , или

Значит максимальная скорость при движении по наклонному треку

Отношение

Ответ