Почему на автострадах и велосипедных треках участки дороги на крутых поворотах сделаны с наклоном к центру вращения?

На крутых поворотах дорогу или велосипедный трек наклоняют к центру поворота, чтобы автомобилю или велосипедисту было легче двигаться по окружности и не соскальзывать наружу.

При движении по повороту тело должно постоянно менять направление скорости. Для этого необходима сила, направленная к центру поворота — центростремительная сила.

Если дорога горизонтальная, эту силу в основном обеспечивает сила трения между шинами и покрытием. Чем выше скорость и чем меньше радиус поворота, тем большая сила требуется:

Если скорость слишком велика или дорога скользкая, силы трения может оказаться недостаточно, и автомобиль начнет сносить наружу.

На наклонном повороте ситуация меняется. Сила реакции дороги направлена перпендикулярно ее поверхности. Из-за наклона у этой силы появляется горизонтальная составляющая, направленная как раз к центру поворота. Она и помогает создавать необходимую центростремительную силу.

Поэтому наклон дороги дает несколько преимуществ: автомобиль или велосипед может безопаснее проходить поворот на большей скорости, уменьшается зависимость от трения шин о покрытие, снижается вероятность заноса наружу, а движение становится более устойчивым.

Для определенной скорости можно даже подобрать такой угол наклона, при котором для прохождения поворота теоретически вообще не требуется сила трения:

где $\alpha$ — угол наклона дороги, $v$ — скорость, $R$ — радиус поворота, $g$ — ускорение свободного падения.

Именно поэтому особенно сильный наклон делают на гоночных автодромах и велосипедных треках: там скорости большие, а радиусы поворотов сравнительно небольшие. Наклон покрытия позволяет часть силы тяжести и реакции опоры использовать для удержания машины или велосипеда на криволинейной траектории.

0 0 Пожаловаться