[小结]公路的倾斜程度,摩擦因素,转弯半径以及车流量等。
[思考8]学习了与汽车拐弯有关的物理知识后,再让我们来看看火车,火车是当今社会的重要交通工具之一(展示火车图片,如图5),可你有仔细观察过火车车轮与铁轨的构造吗?(展示图6)请描述它们的特点?(轮缘半径大于车轮半径,轨道将两车轮的轮缘卡在里面。)
图5 图6
[思考9]如果铁路弯道是水平的,那么火车拐弯时将会出现什么情况?(火车轮缘会挤压铁轨。)
[思考10]追问是外轨还是内轨?(是外轨。)
[思考11]火车质量大,速度也大,因此所需的向心力大。外轨长期受到强烈挤压就会损坏。你能想办法改进一下吗?(使铁路弯道倾斜。)
[思考12]如果能根据转弯半径R和火车速度V来设计内、外轨高度差或倾斜角,使转弯时所需要的向心力刚好由重力和支持力的合力来提供,那么外轨就不再受轮缘的挤压,从而可以大大延长使用寿命(动画演示)。请同学们写出这种情况下牛顿第二定律的表达式?
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[思考13]可是现实中,铁路建造完工后,倾斜角和转弯半径R就已确定,因此要使外轨不受轮缘的挤压,应该调整火车的行驶速度。请求出这个速度?