Физика и безопасность дорожного движения

Физика и безопасность дорожного движения

Исследовательский проект по физике на тему:

«Берегись автомобиля!»

Выполнил ученик 10 класса: Яковлев Максим

Руководитель: учитель физики Давыдова Н.И.

Солнце не всходит два раза в день, а жизнь не даётся дважды…

А.П. Чехов

►По дороге России движутся миллионы автомобилей. Количество дорожно-транспортных происшествий и число пострадавших в них представляет серьезную проблему. Каждый день под колеса попадает более 70 детей и подростков, шестеро из которых получают смертельные травмы. Для нашей страны, где рождаемость не превышает смертность, где идет неуклонное старение населения подобные потери не допустимы. Сегодня наша страна занимает 2-ое место в мире по ДТП, и 1-ое по количеству погибших. Это обусловлено трагической статистикой: только за 2011 год в РФ погибло 1405 детей в возрасте до 16 лет, в 2012-ом году - 1304, в 2013-ом году – 1276. Несмотря на то, что наблюдается снижение ДТП, с трагическим исходом, Россия все равно продолжает занимать лидирующее место среди стран мира по количеству жертв. А ведь за каждой этой цифрой стоит горе и страдание.

Я считаю, что одной из важных составляющих частей воспитательного процесса в школе является работа по профилактике детского дорожно-транспортного травматизма.

Именно поэтому тема моей исследовательской работы «Физика и безопасность дорожного движения».

Исследовать влияние физических параметров на тормозной путь.

1. Сбор и анализ статистических данных о ДТП в странах мира, в России 2. Найти зависимость длины тормозного пути от скорости торможения

машины3. Найти зависимость длины тормозного пути от погодных условий

Цель:

Задачи:

4. Объяснить зависимость тормозного пути от площади соприкосновения колеса с дорогой (рисунок протектора).5. Выяснить необходимость использования ремней безопасности6. Создание Web-страницы на сайте школы по ПДД для детей и учителей,помогающей в изучении ПДД.

Гипотезы:

1. Чем больше скорость, тем больше тормозной путь машины. 2. В сырую или снежную погоду тормозной путь машины увеличивается.3. При понижении температуры воздуха тормозной путь увеличивается.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА:

В ноябре 2013 года, совершенно нелепо, моя сестра попала в аварию, переходя улицу. К счастью, серьезных травм она не получила. Но это заставило меня всерьез задуматься над вопросом о том, почему водитель не успел затормозить вовремя? Может, он был не внимателен…

На уроке физики учитель объяснил, что благодаря инерции машина сразу не останавливается. Необходимо учитывать тормозной путь автомобиля. Под тормозным путем понимают путь, проходимый транспортным средством с момента приведения водителем в действие тормозного привода до момента полной остановки транспортного средства.

Большинство считают это расстояние незначительным. Выясним, отчего же зависит тормозной путь автомобиля. Для этого используем второй закон Ньютона:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОРМОЗНОГО ПУТИ

АВТОМОБИЛЯ

Часть 1.

l=?..

Fma

gm

Fmpa .

mgNFmp .

g

Vl

2

20

(II закон Ньютона)

Зависимость тормозного пути от скорости и дорожного покрытия

Скорость, км/ч

Тормозной путь, м

Сухой асфальт

Мокрый асфальт

406080120

8183272

12,52850

112,5

Исследование № 1.

Исследование проводим на безлюдном участке дороги села Платоновки в вечернее время. Используем для эксперимента машину моего отца “Volkswagen Polo“. Колеса на ней зимние с шипами «Снежок».

 Методика проведения эксперимента:

1. Разогнать машину до определенной скорости (40, 60, 80, 120 км/ч).2. Резко затормозить возле реперного (опорного) столба.3. При помощи рулетки (измерительной ленты) измерить длину тормозного пути.4. Данные внести в таблицу 1.5. Построить диаграмму зависимости тормозного пути от скорости торможения машины.  

Зависимость тормозного пути от скорости в начале торможения машины.

► Вывод 1: ► Наша гипотеза подтвердилась. Чем большую скорость

развивает машина, тем, благодаря инерции, больше тормозной путь машины.

Скорость v, км/ч 40 60 80 120

Длина тормозного пути l, м 12 21,10 32 74,15

Примечание: 20 октября 2013 г. на улице солнечная погода. Дорожное покрытие сухое.

40

60

80

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 скорость, км/ч

Исследование № 2. Затем мы решили углубить исследование, используя влажную осеннюю погоду. Для этого мы тормозили машину возле столба при разных скоростях. Исследование проводили в 27 ноября, т.к. в этот день на улице была изморось.

 Методика проведения эксперимента:

1. Разогнать машину до определенной скорости (40, 60, 80, 120 км/ч).2. Резко затормозить возле реперного (опорного) столба.3. При помощи рулетки (измерительной ленты) измерить длину тормозного пути.4. Данные внести в таблицу 2.5. Построить диаграмму зависимости тормозного пути от скорости торможения машины.  

Зависимость тормозного пути от скорости в начале торможения машины.

► Вывод 2: ► Наша гипотеза подтвердилась. Тормозной путь машины

увеличивается, если дорожное покрытие – мокрый асфальт.

Скорость v, км/ч 40 60 80 120

Длина тормозного пути l, м 16,15 31,30 61,15 120,2

Примечание: 27 октября 2013 г. на улице влажная погода. Дорожное покрытие мокрое.

40

60

80

120

0 20 40 60 80 100 120 140

скорость, км/ч. Сухой асфальт2скорость, км/ч. Мокрый асфальт

► Вывод 2: ► В 2013 году асфальт покрылся ледяной корочкой только в декабре.

Измерения показали, что при гололеде тормозной путь увеличивается. Наша гипотеза, (чем холоднее на улице, тем больше тормозной путь машины) частично подтверждена.

► При -100С, -150С ( при гололеде) тормозной путь приблизительно равный и высокий. Затем он понижается при-200С.

-10

-15

-20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Зависимость длины тормозного пути от температуры

Температура, 0С -10 -15 -20

Длина тормозного пути l, м 22,45 22,64 17,20

Исследование № 3. Зависимость тормозного пути от температуры в зимнее время

(при скорости 40 км/ч)

Исследование № 4. Зависимость тормозного пути от площади соприкосновения колеса с дорогой .

 

Чем ярче выражен протектор, тем меньше площадь колеса. C дорогой колесо соприкасается так называемым «пятном касания». Обычно площадь его ~10% от всего колеса, но при торможении колесо деформируется, и пятно касания увеличивается вдвое. Почему же пятно контакта не влияет на силу сцепления? Очень просто. С одной стороны, чем больше пятно контакта, тем больше площадь соприкосновения с дорогой. А от размера пятна контакта зависит вес шины, приходящийся на единицу площади, давление, которое она оказывает на дорогу. Чем больше площадь контакта, тем меньше давление шины на дорогу. В итоге, если мы увеличиваем площадь пятна контакта, то мы уменьшаем давление на дорогу. Получается, во сколько раз мы увеличиваем площадь соприкосновения с дорогой, ровно во столько же раз мы уменьшаем давление на дорогу, а значит, сцепление не меняется.

Почему пятно касания не влияет на сцепление?

lS PS

На первый взгляд кажется, что сцепление пропорционально ширине шины. Но есть и другая сторона медали: от размера пятна контакта напрямую зависит вес шины, приходящийся на единицу площади!

ЧАСТЬ 2. ПРЕДУБЕЖДЕНИЯ И ЗАБЛУЖДЕНИЯ НА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕМНЕЙ

БЕЗОПАСНОСТИ

► Почему ремень безопасности увеличивает безопасность?

При столкновении водитель и пассажиры продолжают двигаться с той скоростью, которую развивало ТС до момента столкновения. Не пристегнутые пассажиры погибают или получают серьезные травмы от удара о руль, стекло и другие части ТС.

► Не безопаснее ли вылететь через стекло, чем оставаться внутри ТС?

Удивительно, но бытует и такое заблуждение. Независимые тесты доказывают, что у водителя и пассажиров в пять раз увеличивается вероятность сохранить себе жизнь, если они остаются в салоне ТС.

► Правда ли, что при столкновении ремень безопасности может травмировать водителя и/или пассажира?

Маловероятно. С другой стороны, удар, сила которого способна серьезно травмировать тело водителя/пассажира, пристегнутого ремнем безопасности, влечет за собой многократно более катастрофические последствия в том случае, если бы пассажир был не пристегнут.

► Нужно ли пользоваться ремнем безопасности, если мой автомобиль оснащен аварийными воздушными подушками?

Да. Аварийные подушки в современных автомобилях являются дополнительным средством безопасности, а не заменяющим ремень безопасности средством.

► Насколько эффективны детские сидения?

Как и обычные ремни безопасности, детское сидение существенно снижает риск смертности и травматизма. При столкновении на скорости 50 км/ч пятилетний ребенок, вес которого составляет 17 кг, ударяется о переднюю панель с силой, сравнимой с тем, как если бы он упал с четвертого этажа.

► Не будет ли степень безопасности ребенка выше, если он будет сидеть на коленях у взрослого?

Определенно, не будет. Если держать ребенка на руках, то невозможно гарантировать его безопасность. Потому что при столкновении ребенок весом 10 кг может превратиться в летящий снаряд, вес которого эквивалентен 300 кг. Практически никакой человек не в состоянии удержать такую инерционную массу.

► Положим на стакан игральную карту, а на нее – монетку.

► Резко щелкнем пальцем по карте, чтобы сбросить ее, не поднимая.

► Результат: Карта слетает, но монетка не следует за ней, а падает в стакан.

► Это потому … что монетка тяжелее карты и имеет большую инерцию, что означает стремление тела сохранять покой или продолжать движение. Сила пальца смещает карту, а не монетку, остающуюся в покое. Оставшись без опоры, монетка падает в стакан.

Исследование № 5.Инерция. Ленивая монета

Итак, в ходе этого эксперимента я сделал следующие выводы:

► Сила, которая заставляет меня двигаться при торможении или начале движения – это инерция.

► Чем выше скорость и резче торможение, тем сильнее инерция.

► Чтобы погасить эту силу инерции используют ремни безопасности.

ВЫВОД:

Я всегда пристегивался ремнем безопасности, но не всегда понимал, зачем это нужно. В ходе своего исследования, я понял, что они нужны для того, чтобы спасти жизнь мне, моим близким и всем, всем людям. И еще я понял, что за сила меня заставляет двигаться вперед при торможении, и, наоборот, отклоняться назад при начале движения транспортного средства. И чтобы погасить эту силу и нужны ремни безопасности.

Первая наша гипотеза подтвердилась. Чем большую скорость развивает машина, тем, благодаря инерции, больше тормозной путь транспортного средства.

Вторая гипотеза подтвердилась. В сырую или снежную погоду тормозной путь автомобиля увеличивается.

Третья гипотеза подтвердилась частично. Чем холоднее на улице, тем больше тормозной путь машины. При использовании ремней безопасности увеличивается вероятность сохранить себе жизнь.  

Общий вывод:

Эта работа выполнена мною по многим причинам, среди которых любовь к физике, механике и автомобилям, любопытство… Но ещё я провёл её с целью показать и доказать Вам, что машина останавливается отнюдь не мгновенно, и поэтому не стоит наивно полагать, что она вовремя затормозит перед человеком. Какой бы ни был опытный водитель, иногда законы физики норовят сделать этот мир печальнее, чем он есть сейчас. Я надеюсь, что моя работа поможет узнать о повышенной опасности инерции - причине нарушения правил дорожного движения, которая наиболее опасна при большей скорости торможения транспорта и при более низких температурах.

Физика помогает нам ориентироваться в окружающем миреФизика должна сделать нашу жизнь безопасной

Литература► 1. Виргинский В.С., Хотеенков В.Ф. Очерки истории

науки и техники. – М.: Просвещение, 1988.2. ЗАО Компания «Махаон»; Книга Эрудита, 2003г.

► 3. Практическое пособие «Комментарии к правилам дорожного движения РФ и Основным положениям по допуску транспортных средств к эксплуатации и обязанностям должностных лиц по обеспечению безопасности дорожного движения»., ЗАО Книжно- журнальное издательство «За рулем», 2002 г.

► 4. Руководство по эксплуатации автомобиля ГАЗ. – Н.Новгород: ОАО «Газ», 2003.5. Энциклопедия «Физика» и «Техника». – М.: Аванта+, 2001.

► 6. Энциклопедический словарь юного физика Большая иллюстрированная энциклопедия школьника, 2008г.

Информационные ресурсы:1. http://www.dddgazeta.ru/ideas/bank/205/

2. http://out-of-school.area7.ru/?m=5235

3. http://www.myshared.ru/slide/120025/

Спасибо за внимание!