某高速公路的一个出口路段如图所示,情景简化:轿车从出口A进入匝道,先匀减速直线通过下坡路段至B点(通过B点前后速率不变),再匀速率通过水平圆弧路段至C点,最后从C点沿平直路段匀减速到D点停下。已知轿车在A点的速度=72km/h,AB长
=l50m;BC为四分之一水平圆弧段,限速(允许通过的最大速度)
=36 km/h,轮胎与BC段路面间的动摩擦因数
=0.5,最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力,CD段为平直路段长
=50m,重力加速度
取l0m/s2。
15.若轿车到达B点速度刚好为=36 km/h,求轿车在AB下坡段加速度的大小
16.为保证行车安全,车轮不打滑,求水平圆弧 段BC半径的最小值
17.轿车A点到D点全程的最短时间
a=1m/s2
v0=72km/h=20m/s,AB长L1=l50m,v=36km/h=10m/s,对AB段匀减速直线运动有:
匀变速直线运动规律的综合运用
轿车在AB段做匀减速直线运动,已知初速度、位移和末速度,根据速度位移关系公式求解加速度.
利用公式
解得:R≥20m,即:Rmin=20m
汽车在BC段做圆周运动,静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律得:
匀速圆周运动
轿车在BC段做匀速圆周运动,由静摩擦力充当向心力,为保证行车安全,车轮不打滑,所需要的向心力不大于最大静摩擦力,据此列式求解半径R的最小值.
汽车在BC段做圆周运动,理解行车的安全条件是所需要的向心力不大于最大静摩擦力.
解得:t=23.14 s
设AB段时间为t1,BC段时间为t2,CD段时间为t3,全程所用最短时间为t.
在AB段时有:
BC段时有:
CD段时有:
则总时间为:t=t1+t2+t3
代入数据解得:t=23.14 s
匀变速直线运动的公式
整个过程分三段,分别由运动学公式求解时间,相加即可得到总时间 .
选择恰当形式的运动学的公式,当不涉及加速度而要求时间时,可用位移等于平均速度乘以时间来求解.