Question

Старинный автомобиль, в котором толкающими, или ведущими, колёсами являются задние. В каком направлении действует сила трения покоя на передние (1) и задние (2) колёса, когда управляемый водителем автомобиль начинает самостоятельно двигаться с места стоянки в гору, а колёса при этом не проскальзывают? А (1) и (2) в направлении движения автомобиля Б (1) в направлении движения автомобиля ,(2) в противоположном направлении В (1) в противоположном движению автомобиля направлении ,(2) в прямом направлении Г (1) не имеет направления, так как равно нулю,(2) в противоположном к направлению движения автомобиля направлении Д (1) и (2) в противоположном к движению автомобиля направлении

Answer 1

Приводной вал, который передаёт вращение двигателя на задние колёса, заставляет их крутиться так, что их верхняя кромка (кромка колёс) начинает своё движение вперёд относительно автомобиля. Поскольку колесо целое твёрдое тело, то когда его верхняя кромка двигается вперёд, то его нижняя кромка в силу вращения вокруг неподвижной относительно автомобиля оси – должна начать двигаться назад относительно автомобиля. Автомобиль покоился, а значит и относительно дороги нижняя кромка колеса «пытается» прокрутится назад.

Предотвратить это движение нижней кромки колёса (проскальзывание) относительно дороги может только сила трения, которая будет направлена против направления потенциального сдвига, т.е. сила трения будет действовать на заднее колесо вперёд. Именно сила трения, направленная вперёд, приложенная к заднему колесу – и заставляет двигаться автомобиль. Вал лишь передаёт вращение, т.е. момент сил на колесо, а вот уже продольная сила, которая разгоняет автомобиль – это и есть сила сухого трения, приложенная к ведущим (в данном случае к задним) колёсам.

Если бы в начале движения автомобиля передние неведущие (только они!) колёса стояли бы на льду, то они начали бы двигаться линейно без вращения вместе со всем автомобилем. А значит, их нижняя кромка сдвигалась бы вперёд, как и весь автомобиль. Сила трения всегда действует против потенциального сдвига, а значит, числа трения, приложенная к неведущим колёсам будет направлена назад.

* Важный момент *
Если бы автомобиль «стоял не в горку», а «с горки», то при «снятии с ручника», он поехал бы и сам без всякого двигателя. В этом случае «ведущим колесом» стала бы гравитация, а значит, сила трения действовала бы на все колёса назад. И даже при включении двигателя, при некоторых его малых оборотах – сила трения даже у ведущих колёс всё так же могла бы быть направлена назад. Чтобы избежать этой неувязки, и дано условие о том, что автомобиль трогается в горку.

ОТВЕТ (В):
Сила трения, приложенная к задним (2) ведущим колёсам, направлена вперёд, и именно она толкает автомобиль вперёд.
Сила трения, приложенная к передним (1) неведущим колёсам, направлена назад, и она постепенно раскручивает передние колёса, немного отнимая энергию из движения автомобиля в целом.

Answer 2

В данном случае, когда автомобиль двигается в гору и задние колёса являются ведущими, сила трения покоя будет направлена противоположно движению автомобиля. Таким образом, правильный ответ - В: сила трения покоя на передние колёса будет направлена в противоположном движению автомобиля направлении, а на задние колёса - в прямом направлении.