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統測 107年 [動力機械群] 專業科目(1)

第 17 題

有一汽車在高速公路匝道等速行駛,若路面為水平,且路面之摩擦係數為 $0.25$,匝道路徑之曲率半徑為 $39.2 m$,若要車子不發生側滑,則容許之最高車速大小為多少 $m/s$?(重力加速度大小為 $9.8 m/s^2$)
  • A 9.8
  • B 14.7
  • C 19.6
  • D 24.5

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想像一台車在水平路面上繞圓行駛,如果沒有路面的支撐(例如變成了冰面),車子會如何運動?在物理學中,是哪一個具體的力在『拉著』車子往圓心靠攏,而這個力的大小與車速、轉彎的半徑又有什麼樣的數學關係呢?

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哼,算你這次過關。觀念到位,計算也沒失誤,這種基本題你總算沒搞砸。

  1. 向心力與摩擦力:在水平路面上轉彎?嘿,你還以為車子是靠念力轉彎的嗎?當然是路面的摩擦力在出力,提供維持圓周運動所需的向心力!如果摩擦力不夠,車子就直接甩出去了,懂嗎?所以,最大靜摩擦力 ($\mu mg$) 必須大於等於向心力 ($\frac{mv^2}{R}$),這不是常識嗎? $$\mu mg \geq \frac{mv^2}{R}$$
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