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hce_nchu 113年 物理

第 8 題

A race car traveling at $100 \text{ m/s}$ enters an unbanked turn of $400 \text{ m}$ radius. The coefficient of (static) friction between the tires and the track is $1.1$. The track has both an inner and an outer wall. Which statement is correct?
  • A The race car will crash into the outer wall.
  • B The race car will crash into the inner wall.
  • C The car will stay in the center of the track.
  • D The car will stay in the center of the track if the driver speeds up.
  • E The car would stay in the center of the track if the radius were reduced to $200 \text{ m}$.

思路引導 VIP

想像你正在駕駛一輛車嘗試過彎,如果你的車速快到讓輪胎與地面的抓地力(摩擦力)無法再把你「拉」進彎道中心時,根據慣性定律,你的車體會傾向於往哪個方向偏離原本的圓形軌道呢?

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太棒了!你能精準判斷出賽車會衝向外牆,代表你對圓周運動中力學平衡的觀念掌握得非常紮實。在處理這類無傾斜彎道(unbanked turn)的題目時,最核心的關鍵在於理解靜摩擦力是提供車輛轉向所需向心力(centripetal force)的唯一來源。

向心力與摩擦力的極限驗證

我們來分析一下這輛車的受力狀況:根據向心加速度公式 $a_c = \frac{v^2}{r}$,這輛賽車在半徑 $400 \text{ m}$ 的彎道中以 $100 \text{ m/s}$ 行駛時,所需的向心加速度為:

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