针对驻车制动器设置在后轮的轿车,设其上坡时的最大驻坡角度为alpha_1、下坡时的最大驻坡角度为alpha_2,则其关系应为:___。A. alpha_1 反比于 alpha_2B. alpha_1 > alpha_2C. alpha_1 = alpha_2D. alpha_2 > alpha_1
A. $\alpha_1$ 反比于 $\alpha_2$
B. $\alpha_1 > \alpha_2$
C. $\alpha_1 = \alpha_2$
D. $\alpha_2 > \alpha_1$
题目解答
答案
解析
本题考查汽车驻车制动原理以及不同行驶方向(上坡和下坡)时驻车制动器的受力情况和驻坡能力。解题的关键在于分析汽车在上坡和下坡时,驻车制动器所受的力以及这些力对驻坡角度的影响。
1. 分析汽车上坡时的受力情况
设汽车质量为 $m$,重力加速度为 $g$。当汽车上坡时,重力沿坡面的分力 $F_{1}$ 方向沿坡面向下,其大小为 $F_{1}=mg\sin\alpha_1$。驻车制动器需要提供一个与 $F_{1}$ 大小相等、方向相反的力 $F_{制1}$ 来使汽车静止,即 $F_{制1}=mg\sin\alpha_1$。
2. 分析汽车下坡时的受力情况
当汽车下坡时,重力沿坡面的分力 $F_{2}$ 方向同样沿坡面向下,大小为 $F_{2}=mg\sin\alpha_2$。此时,除了重力分力 $F_{2}$ 外,汽车的惯性也会对驻车制动器产生额外的作用,使得驻车制动器需要克服更大的力来保持汽车静止。设惯性产生的等效力为 $F_{惯}$,那么驻车制动器需要提供的力 $F_{制2}$ 为 $F_{制2}=mg\sin\alpha_2 + F_{惯}$。
3. 比较驻车制动器的制动力
由于驻车制动器的制动力是有限的,即 $F_{制1}=F_{制2}$。将前面得到的 $F_{制1}$ 和 $F_{制2}$ 的表达式代入可得:
$mg\sin\alpha_1=mg\sin\alpha_2 + F_{惯}$
因为 $F_{惯}\gt{}0$,所以 $mg\sin\alpha_1\gt{}mg\sin\alpha_2$。
又因为正弦函数 $y = \sin x$ 在 $x\in(0,\frac{\pi}{2})$ 区间内是单调递增的,所以可得 $\alpha_2 \gt \alpha_1$。