Чем опасно движение на поворотах модуль
Как автомобиль поворачивает
Последнее обновление: 31.05.2020
Комментариев нет
В этой статье речь пойдет не о том, как устроено рулевое управление автомобиля, а о том, как автомобиль ведет себя на дороге во время поворота. О том, как в этот момент распределяются силы по колесам, и как весь этот процесс движения автомобиля на повороте, когда автомобиль поворачивает, влияет на безопасность его движения на дуге поворота.
Это необходимо знать в первую очередь для того, чтобы понять по каким причинам автомобиль может произвольно «уйти» с заданной траектории движения. Произвольно – это когда водитель этого не хотел, но так получилось, вопреки всем стараниям удержать автомобиль на дороге.
Что такое поворот автомобиля
Что такое поворот автомобиля (из области физических понятий). Поворот автомобиля – это изменение направления его движения отличного от прямолинейного. Что это означает?
Когда передние колеса находятся в положении «прямо», то автомобиль движется прямолинейно, т.е. по прямой. Если передние колеса повернуть на любой, самый незначительный угол, то автомобиль начнет поворачивать. Радиус поворота автомобиля зависит от величины угла поворота передних колес. Чем больше повернуты колеса, тем меньше радиус поворота.
Поскольку поворот колес осуществляется механизмом рулевого управления, то рассуждая о движении автомобиля в повороте, принято говорить не об углах поворота передних колес, а повороте рулевого колеса. Даже незначительный поворот руля «уведет» автомобиль с прямолинейной траектории.
Если повернуть руль, зафиксировать его в одном положении и приступить к движению, то автомобиль опишет окружность. Центр окружности, вдоль которой поворачивает автомобиль, всегда лежит на «продолжении» задней оси автомобиля, а радиус поворота автомобиля изменяется вращением рулевого колеса (углом поворота передних колес).
Итак, ответ на вопрос, что такое поворот автомобиля – это изменение направления его движения, осуществляемое путем вращения рулевого колеса на некоторый угол в определенную сторону (влево или вправо) в процессе движения. Это не официальное определение, но оно вполне понятно для осмысления процесса движения автомобиля на повороте.
Силы, действующие на автомобиль в повороте
Машина остается управляемой, когда колеса имеют контакт с дорогой достаточный для того, чтобы колеса, цепляясь за дорогу, катились, а не скользили. С увеличением скорости этот контакт несколько ослабевает, и в зависимости от качества (состояния) дорожного покрытия может исчезнуть совсем. Это свойство заметно проявляется на скользкой поверхности дороги (песок, мокрая глина, дождь, слякоть, снег, гололед).
Автомобиль опирается на дорогу четырьмя колесами (для упрощения понимания действия сил рассмотрим легковой автомобиль). Сложная система подвески помогает преодолевать неровности дороги и обеспечивает водителю и пассажирам определенный комфорт, но важно понять, что сцепление с дорожным покрытием автомобилю обеспечивают только четыре пятна контакта его колес.
В состоянии покоя, когда автомобиль стоит на месте, вес автомобиля равномерно распределен по всем его колесам. Можно сказать, что вес равномерно «давит» на все четыре колеса автомобиля.
В момент начала движения (старта) и набора скорости (разгона) вес автомобиля перемещается назад. В момент замедления автомобиля (торможения, в т.ч. используя двигатель, или сброс газа) и его остановки, вес перемещается вперед. Этот механизм загрузки-разгрузки по осям описан в статье Осторожно скользкая дорога.
Когда автомобиль наберет скорость и движется прямолинейно на постоянной тяге (число оборотов двигателя остается неизменным), вес автомобиля почти равномерно распределяется по всем колесам. И если полотно дороги более-менее ровное и сцепление колес с дорожным полотном хорошее, тогда автомобиль на дороге устойчив и управляем – он легко слушается руля.
Но реальность такова, что дорога не всегда прямолинейна и не без изъянов. Приходится все время корректировать линию движение поворотом руля, как на прямой дороге, так и на ее изгибах.
Поворачивать приходится и на перекрестках, и на дорожных развязках, которые могут оказаться достаточно крутыми, и на естественных изгибах дороги. Вращение руля приходится использовать везде и в разных условиях: хотя бы для того чтобы выехать из двора (прилегающей территории), повернуть на дорогу, объехать яму и пр.
Что происходит с автомобилем, когда он поворачивает? Поскольку любой автомобиль имеет вес и обладает инерцией, то когда автомобиль приступает к повороту, его вес как бы продолжает двигаться по прямой, т.е. центр массы автомобиля стремится за пределы окружности поворота с силой, которую дает ему ускорение (чтоб было понятнее — скорость). Вектор силы направлен перпендикулярно радиусу поворота.
Это стремление «вырваться» за пределы дуги поворота тем сильнее, чем меньше радиус поворота (чем больше выкручен руль) и чем выше скорость автомобиля в повороте. Именно по этой причине скорость необходимо снизить еще до входа в поворот, а непосредственно дугу поворота необходимо пройти на постоянной (неизменной) скорости (на ровной «тяге»).
Последствия перемещения веса в процессе поворота автомобиля неминуемо сказываются на качестве сцепления колес с дорожным покрытием. Во время движения автомобиля в повороте происходит перераспределение его веса на каждом! из его четырех колес. Что это значит?
Это значит, что при повороте автомобиля сцепление с дорогой у всех колес неравномерное. Самым нагруженным колесом становится «внешнее» переднее колесо относительно дуги поворота. На правом повороте этим колесом становится переднее левое, а на левом повороте – переднее правое.
Соответственно, у этих колес на повороте будет самое сильное сцепление с дорожным полотном. У остальных колес сцепление с дорогой на поворотах в разной степени ослабевает. Этот процесс изменения качества сцепления происходит непрерывно с каждым поворотом рулевого колеса!
Автомобиль остается управляемым и слушается поворота руля только благодаря хорошему сцеплению колес с дорожным покрытием. Хорошее сцепление – это когда колеса автомобиля катятся и цепляются за дорогу, а не скользят. Причем, не важно, автомобиль движется в повороте или он едет по прямой дороге, и неважно, действие происходит летом на сухой дороге или зимой, во время гололеда.
Решающий фактор – скорость. Если автомобиль начинает терять сцепление с дорогой, значит его скорость в данных дорожных условиях высокая. Следовательно, нужно снизить скорость и не доводить ситуацию до критических обстоятельств.
Разница между особенностями движения на летней и зимней дороге состоит лишь в том, что на зимней скользкой дороге автомобиль потеряет сцепление с дорогой (заскользит) на значительно меньшей скорости, чем на летней сухой дороге при прочих равных условиях движения!
На одном и том же полотне дороги во время движения автомобиля на повороте его колеса заскользят быстрее, чем на прямолинейном движении. Чем выше скорость на дуге поворота, тем выше вероятность срыва колес в скольжение (и как следствие, это снос или занос). Это правило необходимо учитывать во время движения на скользкой дороге.
Перераспределение веса по колесам автомобиля происходит при каждом повороте руля, в том числе и при корректировке движения на прямой дороге. Поэтому руль всегда необходимо поворачивать плавно. Быстро, но плавно, не делая резких движений.
В таких ситуациях хорошую помощь оказывают электронные системы стабилизации, но не стоит полностью полагаться только на автомобильную электронику.
Электронные помощники, коими оснащаются современные машины, безусловно, очень сильно облегчают вождение. Они способны исправить многие ошибки водителя в технике управления автомобилем, и способствуют выходу из критических ситуаций, но лучше эти ситуации не допускать. Есть пределы, за которыми электроника бессильна.
Главный за рулем – это водитель, а электронный помощник – это всего лишь умный помощник в умелых руках.
В дополнение изложенному материалу предлагаю ознакомиться с содержанием следующих статей:
Автор: Сергей Довженко
Последняя редакция: 31.05.2020
Если есть желание поделиться прочитанным, ниже кнопки на выбор. Жмем, не стесняемся.
Управление автомобилем. Часть 7. Выполнение поворота
Последнее обновление: 22.07.2021
12 комментариев
Основы управления автомобилем
После движения «прямо», следующий элемент из основ управления автомобилем — это выполнение поворота, если точнее, техника выполнения поворота автомобиля.
Под поворотом подразумевается любое сознательное изменение направления движения от первоначального (в т.ч. от прямолинейного). Другими словами, поворот автомобиля — это действие, осуществляемое сознательно с помощью рулевого колеса.
Рекомендую повторить статью Управление автомобилем. Часть 2. Руление, и ознакомиться с материалом статьи Как автомобиль поворачивает.
После того, как будет освоена техника трогаться с места и вы поедете, самым трудным, сначала, будет удержание автомобиля на прямой. На реальной дороге – это движение по полосе, между линиями дорожной разметки таким образом, чтобы не наезжать на эту разметку.
Этим навыком поможет овладеть материал статьи Как научиться ездить ровно, и конечно же практика вождения.
Но прямолинейное движение – это только полдела. Еще предстоит научиться правильно поворачивать автомобиль в движении. Правильно – это значит быстро, технично и безопасно.
Перед тем, как выезжать на реальную дорогу, есть смысл освоить технику поворотов на специализированной площадке (на автодроме, на территории автошколы).
Выполнение абсолютно любого поворота можно условно разделить на четыре этапа:
Далее опять следует прямолинейное, либо относительно прямолинейное движение, либо следующий поворот, который также включает в себя приведенные выше четыре этапа.
Чтобы выполнить эти четыре пункта технично и безопасно нужно согласовать в одно целое скорость автомобиля, режим работы двигателя и траекторию движения автомобиля. Теперь о каждом из этих элементов поподробнее.
Скорость автомобиля в повороте
На дорогах общего пользования, изобилующих пересечениями, разветвлениями, закруглениями разной величины, скорость перемещения диктуется правилами дорожного движения и другими обстоятельствами, такими как крутизна поворота, состояние дорожного полотна, наличие других ТС, пешеходов и пр.
Поворот на перекрестке, движение по кругу, поворот (съезд) на прилегающую территорию, движение по дорожной развязке, движение по любому закруглению дороги — все перечисленное представляет собой разные варианты поворотов с постоянно изменяющимися условиями движения.
Поэтому, невозможно однозначно ответить на вопрос, с какой скоростью нужно ехать по дуге поворота, чтобы проехать поворот безопасно. В этом смысле пришлось бы рассмотреть каждый участок в отдельности.
Для таких ситуаций есть одно общее правило, применимое к абсолютно любым поворотам: Перед поворотом необходимо замедлить автомобиль (снизить скорость), а по дуге поворота нужно ехать с постоянной скоростью. Для чего все это нужно?
Замедлить автомобиль в процессе поворота не всегда удается быстро и безопасно. К тому же, на дуге поворота сцепление у каждого из колес автомобиля с дорожным покрытием не одинаковое (это обусловлено устройством подвески автомобиля).
Разность сцепления колес с дорогой может быть компенсирована вспомогательными системами (ABS, ESP), но это всего-лишь системы-помощники в умелых руках. Надеяться нужно на себя.
Скользко на дороге может быть не только зимой, но и летом (песок на асфальте, сухая грязь, первые капли дождя и пр.). Если затормозить на скользком участке поворота, и колеса заскользят, то может закончиться тем, что транспортное средство «уйдет» с маршрута.
По этим причинам необходимо снижать скорость еще на приближении к повороту, на относительно прямом участке, а дугу поворота нужно пройти с постоянной скоростью.
Оптимальная траектория поворота автомобиля
Другим важным условием безопасности выполнения поворота является движение автомобиля по оптимальной траектории поворота.
Оптимальная (с точки зрения вашей безопасности) траектория прохождения поворота это такая, когда она выполняется в пределах полосы движения без лишних манипуляций рулевым колесом.
Другими словами, поворачиваете руль один раз на входе в поворот, проходите дугу поворота и возвращаете руль в прямолинейное движение на выходе. На первый взгляд, это может показаться сложным, но к этому нужно стремиться.
Поворот руля нужно рассчитать так, чтобы не «выскочить» на встречную полосу, и чтобы не пришлось позднее доворачивать руль на нужную траекторию движения. Такое умение приходит не сразу, придется тренироваться.
Почему на дуге поворота очень нежелательно доворачивать руль? Ведь, так или иначе, делать это придется в процессе тренировок, и, глядя на других автомобилистов, нельзя сказать, что все рулят идеально. Возникает вопрос: зачем к этому стремиться?!
В статье Как автомобиль поворачивает описана, так сказать, физика поворота автомобиля с учетом сил, действующих на автомобиль в повороте.
Автомобиль опирается на дорогу своими колесами. В местах соприкосновения колеса с дорогой образуется так называемое пятно контакта. Этих «пятен» всего четыре, именно эти «пятна» обеспечивают сцепление колес с дорожным полотном.
В любых дорожных условиях, в любое время года автомобиль остается управляемым (он «слушается» руля), когда есть сцепление его колес с дорожным покрытием. В таком случае говорят, что колеса автомобиля катятся, цепляясь за дорогу.
Соответственно, когда сцепление управляющих колес с дорогой пропадает (например, на льду), то автомобиль перестает «слушаться» руля, и теряет управление. В таком состоянии вы можете сколь угодно крутить руль, но автомобиль будет продолжать двигаться по инерции в одну сторону.
В процессе движения (даже кратковременного набора или снижения скорости, поворотов с учетом неровностей дороги) непрерывно происходит перераспределение веса автомобиля, это отражается на качестве сцепления управляющих колес дорогой.
Так вот, на дуге поворота, вероятность срыва колес в скольжение намного выше, чем на прямой дороге, тем более, если поворот дороги располагается под уклон. Срыв колес в скольжение может быть вызван грубым доворотом руля.
В такой момент решающим фактором остается скорость движения на повороте. Чем скорость автомобиля выше, тем больше вероятность срыва колес в скольжение. На скользком покрытии (песок, глина, снег, лед) эта вероятность усиливается многократно.
По этим причинам снизить скорость автомобиля необходимо еще ДО входа в поворот, а дугу поворота лучше всего проехать на постоянной скорости с ровной тягой.
Рулить по оптимальной траектории поворота целесообразно учиться в относительно теплое время. Чем плавнее вы будете рулить, тем «ровнее» будет ваше движение.
Радиус поворота автомобиля
Безопасными вариантами выполнения поворота считаются траектории с постоянным радиусом и максимальным радиусом поворота автомобиля в отведенных ПДД границах движения.
Эти две траектории поворота похожи: в первом случае автомобиль едет по осевой линии своей полосы движения, а во втором случае для маневра используется вся ширина полосы.
Траектория поворота с увеличенным радиусом считается самой безопасной, и в то же время самой «быстрой», но, с одной стороны, требует наиболее точного расчета, а с другой — хорошего состояния дорожного покрытия.
Попадание колеса в яму на дороге, либо встреча с другой неровностью, вызывает далеко неприятные ощущения, более того, может серьезно повредить автомобиль. Важно своевременно увидеть эту самую неровность.
Если поворот дороги, либо ее участок, на котором выполняется поворот, просматривается плохо, и вы не можете определить состояние дорожного покрытия, то целесообразно всегда снижать скорость.
О том, как безболезненно для подвески автомобиля объехать неровность дороги на ее повороте — ниже по тексту.
А вообще, пока не наберетесь опыта, целесообразно использовать траекторию поворота с постоянным радиусом, проходящую примерно посередине полосы движения. Скорость необходимо снизить ДО вхождения в поворот.
Как проезжать неровности на повороте
О том, как проехать через какой-либо дорожный изъян на «прямом» участке дороги, и почему нужно поступать именно так, описано в статье Как проезжать дорожные неровности.
Если коротко, смысл сводится к тому, что тормозить следует ДО неровности, а непосредственно перед ней необходимо отпустить тормоз, и проехать через неровность как обычно, на малом «газу».
Но это, если ехать «прямо». А как же проехать неровность на повороте дороги? Ведь, в поворотах силы действуют на подвеску несколько по-другому, чем на прямом участке. Описание этому есть в статьях Как автомобиль поворачивает и Как научиться ездить ровно.
В этом деле, главное — не спешить. Следующий совет поможет проехать дорожную неровность в повороте почти «безболезненно» для подвески автомобиля.
У автомобиля, как известно, две пары колес. Когда авто поворачивает, то два колеса одного борта «едут» с внешней стороны поворота (внешнее переднее и заднее колесо), а два других — с внутренней стороны поворота (внутреннее переднее и заднее колесо).
На дорожных неровностях чаще всего страдает переднее внешнее колесо, как самое нагруженное из всех остальных. Поэтому внешнее колесо ударяется о неровность намного сильнее, чем внутреннее переднее колесо.
По этой причине, увидев неровность в повороте на пути внешнего переднего колеса, нужно постараться ее плавно объехать, если есть такая возможность, либо проехать по ней внутренним (разгруженным) передним колесом.
Если объехать возможности нет, то желательно спрямить траекторию поворота (повернуть руль в положение «прямо»), и переехать неровность на «прямых» колесах, после чего вновь повернуть руль, и продолжить движение по дуге поворота.
Необходимо стараться строить траекторию поворота машины так, чтобы неровность дороги попадала только под внутреннее (разгруженное) переднее колесо. В этом случае можно будет проехать неровность по дуге поворота, не меняя траектории.
Куда смотреть во время выполнения поворота
Теперь другой вопрос — куда смотреть в процессе выполнения поворота?
Во время движения автомобиля взгляд нужно фокусировать на том участке, или в той точке дороги, где вы хотите оказаться.
Во время выполнения поворота автомобиля нужно смотреть на точку выхода (если поворот полностью просматривается). В тот момент, когда вы поворачиваете руль (это происходит на точке входа в поворот), глаза уже должны смотреть туда, где вы будете поворачивать руль обратно.
Взгляд должен скользить по дороге вместе с машиной, но на некотором расстоянии впереди ее. Если вы не видите точку выхода (поворот не просматривается), например, могут мешать деревья, строения, изменение плоскости дороги, то целесообразно будет плавно сбавить скорость, желательно еще до точки входа в поворот.
Чего нельзя делать в движении на повороте
Во-первых, во время движения автомобиля на дуге повороте нельзя вращать руль рывками. Резкое вращение руля на дуге поворота может привести к скольжению колес с последующей потерей контроля движения, как изложено выше по тексту.
Во-вторых, во время выполнения поворота нельзя ощутимо тормозить, т.е. нажимать педаль тормоза. Допустимо лишь очень легкое подтормаживание. Торможение на скользкой дороге очень легко может заблокировать колеса, и машина станет неуправляемой.
В-третьих, при движении на дуге поворота очень нежелательно переключать передачи (касается автомобилей с механической КПП). Неаккуратный переход на другую передачу в момент включения сцепления может вызвать рывок машины. На сухой дороге ничего не произойдет, а на скользкой дороге рывок может привести к скольжению колес.
Ну и последнее. Категорически не рекомендуется проходить поворот накатом, т.е. либо с выключенным сцеплением, либо на выключенной (нейтральной) передаче. Ведущие колеса должны все время быть под тягой на ровном газу.
Объединив все эти правила в одно целое, можно составить примерную тактику прохождения поворота.
Разумеется, каждый поворот индивидуален и, к тому же, может быть осложнен дорожной обстановкой. Поэтому предложенный вариант является лишь общей схемой прохождения поворота.
Почему запрещается отпускать руль на выходе их поворота. Понятно, что запретить это никто не может, но делать этого крайне не рекомендуется. Потому что в таком случае вы можете потерять собственный контроль над управлением.
На выходе из поворота передние колеса стремятся вернуться в положение «прямо». Создается ощущение, что если отпустить руль, то автомобиль быстрее выравняется на дороге. Это действительно так, но дорога имеет неровности (ямка, кочка, колея и пр.), которые естественным образом влияют на бесконтрольное качение колес.
Если отпустить руль, то, мягко говоря, автомобиль с легкостью может поехать «не туда». А пока вы будете «ловить» руль, то успеете с кем-нибудь столкнуться.
Когда вы держите руль, вы на уровне ощущения понимаете куда едет автомобиль, как повернуты передние колеса, и всегда готовы, при необходимости, подправить направление движения. Собственно, это и происходит, когда вы рулите, т.е. держите руль.
Потери управления автомобилем даже на короткое время может быть вполне достаточно для ДТП. Поэтому, отпускать рулевое колесо крайне не рекомендуется.
Что касается обширной темы поворотов на перекрестках, она рассмотрена в разделе «Вождение автомобиля» и в сериях статей «Проезд перекрестков» и «Проезд перекрестков-2».
Но перед тем как приступить к изучению выполнения поворотов на перекрестке, есть смысл ознакомиться с физикой поворота, она дана в статье Как автомобиль поворачивает, и с термином динамические габариты автомобиля.
Будьте внимательны за рулем.
Автор: Сергей Довженко
Последняя редакция: 22.07.2021
Если есть желание поделиться прочитанным, ниже кнопки на выбор. Жмем, не стесняемся.
Урок в 9 классе «Движение на поворотах»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Тема урока: «Движение на поворотах»
Класс занимается по углубленной программе
Цель урока: подробно рассмотреть движение на поворотах различных видов транспорта как частный случай движения по окружности;
в ходе решения задач выявить особенности каждого типа задач и их общие признаки.
Используется технология деятельностного подхода в сочетании с личностно-ориентированной технологией.
Оформление к уроку: несколько слайдов обобщающего содержания на различных этапах урока.
1.Фронтальная проверка наличия домашнего задания, ответы на вопросы по домашнему заданию.
2. Изучаем динамику движения тел по окружности. Какие типы задач умеем решать?
Учащиеся называют следующие типы задач:
-вес тела на экваторе планеты, на полюсе, на любой широте;
-расчет 1 космической скорости;
-движение шарика на нити и конического маятника, расчет силы натяжения нити;
-движение тела по выпуклым (вогнутым) мостам;
-вес тела в лифте, движущемся с ускорением;
-летчик в мертвой петле;
-груз на вращающемся диске.
Краткое повторение алгоритма решения задач на примерах решенных ранее задач (фронтально). На экране – слайд с чертежами для решения различных типов задач на движение тела по окружности. Следует обратить внимание на тот факт, что центростремительная сила не является самостоятельной силой: ее роль в различных случаях играют другие силы.
Следующий слайд дает возможность учащимся самостоятельно сформулировать тему урока: «Движение на поворотах». На слайде – поворот автомобиля, мотоцикла, самолета и т.д.
Что общего в этих иллюстрациях? (Все виды транспорта поворачивают, т. е. в каждом случае присутствует центростремительная сила).
Очевидно есть и различия? Автомобиль отличается от мотоцикла, поезда, самолета…(Поворот в каждом конкретном случае осуществляется под действием разных сил).
3.Решение различных типов задач. Цель одна для всех случаев: выяснить, какие силы осуществляют поворот и найти ответ на поставленный в задаче вопрос. Об этом учащиеся догадываются сами. При решении всех задач учитель с привлечением учащихся дает образец чертежа на доске, записывает уравнения, и учащиеся самостоятельно завершают решение задачи. Заготовки чертежей для экономии времени выполнены на доске до начала урока.
а).Поворот автомобиля. Учащиеся с помощью учителя обращают внимание на то, что один автомобиль поворачивает, наклоняясь, а другой – почти не наклоняясь. Мотоцикл всегда наклоняется. Это разные случаи.
Учащимся предлагается задача №6.19.(Гольдфарб) Каким должен быть максимальный коэффициент трения скольжения между шинами автомобиля и асфальтом, чтобы автомобиль мог пройти закругление радиусом 200м при скорости 100км/ч?
В ходе рассуждений учащиеся выясняют, что при повороте автомобиля главную роль в создании центростремительной силы играет сила трения покоя, которая направлена к центру поворота. Учитель обращает внимание на то, что это именно сила трения покоя, обусловленная сцеплением колес с асфальтом, несмотря на то, что автомобиль едет. Не путать с силой трения качения, которая направлена против движения.
Получив ответ, учащиеся дают ответ на вопросы: «Почему в задаче речь идет о максимальном коэффициенте трения? От чего зависит радиус поворота автомобиля? Это максимальный или минимальный радиус? Почему любой автомобиль все-таки хотя бы немного наклоняется? В каких случаях он наклоняется на больший угол?» Учащиеся должны догадаться, что наклон облегчает поворот, но объяснить этого не могут.
б) Чтобы ответить на последние два вопроса, учащимся предлагается решить задачу.
Гольдфарб, №6.21. Мотоциклист едет по горизонтальной дороге со скоростью 72км/ч, делая поворот радиусом 100м. На сколько при этом он должен наклониться, чтобы не упасть на повороте?
Учащиеся приходят к выводу, что сила трения покоя и в этом случае играет по-прежнему главную роль, но для облегчения поворота мотоцикл должен наклониться, чтобы при повороте не возникло вращающего момента, который может перевернуть мотоцикл. Равнодействующая силы трения и силы реакции со стороны дороги должна проходить вдоль тела мотоциклиста.
Анализируя ответ, учащиеся приходят к выводу, что чем больше скорость мотоцикла и меньше радиус поворота, тем больше должен быть угол наклона. Наклон облегчает поворот: при одной и той же скорости поворот с наклоном происходит по дуге окружности меньшего радиуса.
А если не наклоняться? Под действием силы трения колеса мотоцикла поворачивали бы. А сам мотоцикл с мотоциклистом «отставали « бы от колес из-за инерции. Мотоцикл упал бы. Поэтому при повороте мотоцикл наклоняется в сторону, противоположную направлению падения, т.е. внутрь окружности.
Может ли, все-таки, мотоцикл повернуть, не наклоняясь? Да. Но в этом случае, чтобы не упасть, его скорость должна быть как можно меньше, чтобы мотоциклист мог удержать мотоцикл от падения.
Отвечая на вопросы учителя: «От чего зависит радиус поворота? Это максимальный или минимальный радиус? Какова максимальная скорость мотоциклиста? », учащиеся обращают внимание на то, что формула для расчета радиуса поворота получилась одна и та же и для автомобиля, и для мотоцикла. Но у автомобиля 4 колеса, и ему не обязательно наклоняться: он не упадет.
Учащиеся делают вывод: условия поворота автомобиля отличаются от условий поворота мотоцикла.
Задачи на рассмотрение поворотов каких видов транспорта решаются аналогично? ( Велосипед, самокат).
в) А если мотоцикл поворачивает на треке?
Предлагается задача №6.22.(Гольдфарб) Чему равна максимальная скорость мотоцикла, если он будет поворачивать на наклонном треке с углом наклона 30 градусов? Даны радиус траектории и коэффициент трения.
В ходе анализа задачи учащиеся отвечают на вопросы:
«Почему в этом случае мотоцикл не наклоняется относительно трека, а располагается перпендикулярно треку?»
«Почему сила трения при движении мотоцикла направлена вниз по треку, т.е. к центру поворота?»
Учащиеся под руководством учителя решают задачу: расставляют силы, выбирают положительные направления осей (при этом следует обратить внимание, что ось ох направлена не вниз по треку, а горизонтально к центру поворота), записывают 2 закон Ньютона в проекциях на оси и решают систему уравнений.
Далее идет анализ полученного результата, в ходе которого учащиеся отвечают на вопросы:
«Что будет, если скорость будет меньше найденной максимальной скорости?» (Радиус траектории уменьшится, и мотоцикл свалится с трека).
«Как уменьшить максимальное значение скорости?»
Какие типы задач решаются так же? (Автомобиль поворачивает на проселочной дороге – продавливает трек; конькобежец поворачивает на льду – прорезает трек; самолет на вираже – необходимо, используя игрушечный самолет, назвать действующие на него силы ).
«Почему самолет на вираже наклоняется?» (Силы трения как таковой нет и нельзя уменьшить скорость, чтобы развернуться).
А если конькобежец на треке? Есть ли отличие от мотоцикла на треке? (Есть. На коньки не действует сила трения. Поворот обеспечивают 2 силы: сила тяжести и сила реакции со стороны трека).
г) Может ли мотоцикл на треке наклоняться? (Да)
С какой целью он наклоняется, если можно проехать по треку и без наклона? (Причина та же, что и на горизонтальной поверхности: чтобы не упасть.) Учащимся предлагается решить дома задачу на движение мотоцикла по треку, если он наклоняется. Требуется найти угол наклона, при котором он не упадет. Это минимальный или максимальный угол?
Так же дома необходимо сравнить максимально допустимые скорости движения мотоцикла по наклонному треку и по горизонтальной круговой траектории при одинаковых радиусах закругления траектории и одинаковых значениях коэффициента трения. Поводом для такого сравнения является следующее размышление: почему гонки часто устраивают на треках?
Решение этих задач необходимо обязательно проверить на следующем уроке.
д) Вагон на рельсах – разобрать качественно.
Это особый разговор. Чем отличаются рельсы от шоссе7 Одни колеса от других?
(У вагонных колес есть реборды. Они обеспечивают поворот.) Какая сила в этом случае выполняет роль центростремительной силы? (Сила давления – это упругая сила – со стороны рельсов).
Почему поезд на повороте обязательно наклоняется? –Об этом подумать дома.
е) Кратко – итоги урока. Отличаются условия поворота для разных видов транспорта? Какие это отличия? Каков общий алгоритм решения задач на движение тел на поворотах?
На следующем уроке продолжается решение задач на движение тел на поворотах: самолет, поезд, автомобиль на треке.