Тормозной путь физика: Как рассчитать тормозной путь — О’Пять пО физике!

неужели тормозной путь не зависит от массы авто?

Друзья, в прошлом выпуске я утверждал, что тормозной путь автомобиля не зависит от его массы. Большинство водителей считают, что зависит, и я объяснил, откуда берется это представление. В этой статья я докажу справедливость своего утверждения, прибегнув к физическим понятиям.

Подчеркну, что речь идет о кратчайшем, экстренном, то есть минимально возможном тормозном пути. То есть о тормозном пути при торможении на грани блокировки колес. В современных машинах при таком торможении срабатывает АБС (антиблокировочная система тормозов), а классические машины либо срываются в «юз», либо остаются на грани «юза», в зависимости от действий водителя.

Сначала докажу это «на пальцах». Утяжеляя машину, мы, с одной стороны, увеличиваем ее инертность и осложняем торможение. С другой стороны, мы сильнее прижимаем шины к дороге, увеличиваем сцепление шин с дорогой и повышаем тормозные возможности машины. Эти два эффекта компенсируют друг друга в равной степени, и, в конечном итоге, масса не влияет на длину тормозного пути.

Что такое «масса»?

Для интерсующихся приведу физико-математическое доказательство и вначале кратко расскажу о понятии «масса». 

Массы в природе две: инертная и гравитационная. Есть, правда, еще и третий вариант – Фелипе Масса, пилот Формулы 1, уже который год выступающий за Ferrari, но сейчас не об этом 🙂

Инертная масса

Инертная масса mи – масса, которая «отвечает» за сопротивление движению тела. Чем тяжелее тело, тем сложнее привести в его движение или остановить, если оно движется.

В механике об этом говорит 2-й закон Ньютона:

a = F/mи

то есть ускорение (замедление) тела пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально инертной массе тела. Или в более привычной формулировке этот закон выглядит как

F = mи a

Инертная масса осложняет торможение

Это как раз то, о чем думает большинство водителей: чем тяжелее машина, тем сложнее ее остановить (а также и разогнать) и, якобы, тем длиннее тормозной путь. Остановить машину действительно сложнее, не спорю, но тормозной путь есть возможность сохранить — для этого нужно лишь затратить больше энергии. В этом нам поможет второе понятие массы.

Гравитационная масса

Гравитационная масса mг – масса, которая «отвечает» за взаимное притяжение тел, в частности, за притяжение тел к Земле. Чем тяжелее тело, тем больше сила тяготения и тем сильнее тело давит на опору (пол, дорогу и т.д.).

А об этом в механике говорит закон всемирного тяготения Ньютона:

F = G mг1 mг2/r2

Или, по-русски, сила притяжения двух тел пропорциональна массам (гравитационным) этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эта формула упрощается для тела в поле тяготения Земли:

F = mг g

где mг – гравитационная масса тела, а g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2

Гравитационная масса помогает торможению

Применительно к разговору о тормозном пути это означает, что чем тяжелее машина, тем сильнее она давит на колеса, тем лучше прижимает их к дороге и тем лучше сцепление шин с дорогой. Ведь, согласно закону Кулона, сила сила трения покоя (в нашем случае — сила сцепления шин с дорогой, она же – «держак» на гоночном жаргоне) пропорциональна весу тела N:

Fтр = k N = k mг g

где mг – гравитационная масса машины, k – коэффициент сцепления шин с дорогой, g – ускорение свободного падения.

Тогда, чем больше масса автомобиля, тем выше сила сцепления шин с дорогой и тем сложнее тормозам заблокировать колеса и пустить машину в «юз» (ну или включить АБС, если она есть).

Одна масса мешает, другая — помогает. Что победит?

В итоге, инертная масса увеличивает инерцию машины, а гравитационная масса улучшает сцепление шин с дорогой и тормозной потенциал машины

. Одно удлиняет тормозной путь, а другое пытается укоротить его. Что же победит?

Нам поможет Закон сохранения энергии

На языке физики процесс торможения выглядит как закон сохранения энергии:

mи v2/2 = Fтр s

т.е. кинетическая энергия машины с инертной массой mи и скоростью v при торможении переходит в тепло за счет работы силы трения Fтр, которая затрачивается на замедление машины на участке пути длиной s (собственно, тормозной путь).

Машина тормозит не тормозами, а шинами

Как я уже писал выше, сила трения Fтр равна kmг g – произведение коэффициента трения k, гравитационной массы mг и ускорения свободного падения g. И сразу вопрос: о какой силе трения идет речь? О силе трения колодок о тормозной диск? Или о силе трения шины о дорогу, о «держаке»? Вообще, первопричина торможения – сила трения колодок о диски. Но она не может превышать силу трения между шиной и дорогой: в этом случае шины начинают скользить, и, либо включается АБС, либо машина идет в «юз». После чего любое усиление нажатия на тормоз не дает выигрыша в торможении, и машина продолжает тормозить за счет трения шин о дорогу. Поэтому 

для случая экстренного торможения нужно считать, что сила трения колодок о диски равна силе сцепления шин с дорогой. И тогда k — коэффициент сцепления шин с дорогой, если шины на грани скольжения, или это коэффициент скольжения шин о дорогу, если колеса заблокированы, и машина тормозит юзом.

Тогда подставим значения силы сцепления Fтр = k mг g в закон сохранения энергии:

mи v2/2 = k mг g S

Инертная и гравитационная массы противодействуют друг другу в равной степени

А теперь ключевой момент! Еще Ньютон доказал, а Эйнштейн в свое время постулировал, что 

инертная и гравитационные массы равны! На сегодняшний день это проверено многократными экспериментами с высокой степенью точности. Эти массы имеют абсолютно разный физический смысл, но в килограммах это всегда одно и то же!

И тогда заменяем инертную и гравитационную массы на «просто массу»:

m v2/2 = k m g S

Теперь массы можно успешно сократить, и останется:

v2/2 = k g S

Отсюда получаем тормозной путь, не зависящий от массы:

S = v2/(2 k g)

где v – скорость движения машины до начала торможения, k – коэффициент сцепления шин с дорогой, g – ускорение свободного падения.

Еще раз смысл: с одной стороны, масса увеличивает инертность машины и создает препятствие тормозам. С другой стороны, масса увеличивает сцепление шин с дорогой и помогает тормозам. Эти два эффекта компенсируют друг друга в равной степени, и, в конечном итоге, масса не влияет на длину тормозного пути

.

Скорость зависит только от водителя, g – постоянна, а коэффициент сцепления k зависит от состава резины протектора шины и от качества дорожного покрытия. Выходит, тормозной путь зависит от скорости, качества шины и качества дороги. При этом под качеством шины понимается именно состав резины. А от ширины профиля шины и площади пятна контакта сила сцепления шины с дорогой не зависит, как и не зависит тормозной путь.

Тормоза важны

Поговорим о тормозах. Размеры тормозных дисков, материалы колодок и прочее устройство тормозных механизмов важны для машины, но не могут влиять на тормозной путь напрямую, поскольку он ограничивается сцеплением шин с дорогой. Но хочу отменить следующее. Каждые тормозные механизмы расчитаны на погашение определенной кинетическиой энергии, которая пропорциональна массе и квадрату скорости. Обычно запас тормозов расчитывают так, чтобы даже Форд Фокус остановился с мешком картошки в багажнике со 100 км/ч за те же 40 метров, что и без мешка. Но вот ежели вы в машину загрузите лишних 500 кило, будьте готовы к тому, что ваши тормозные механизмы, рассчитанные под меньшую массу, перегреются и не справятся с задачей, и проедете вы куда больше прежних 40 метров.

Или еще пример. Можно взять Жигули со штатными тормозными дисками и колодками и поставить на нее гоночные слики. А что, на Формулах 1 как раз шины 13-дюймового диаметра, аккурат подойдут 🙂 Конечно, придется серьезно переделать саму машину, но это сейчас не столь важно. Так вот, слики имеют почти вдвое больший коэффициент сцепления с дорогой, а значит для торможения юзом на тормоза Жигулей ляжет нагрузка вдвое больше обычной. И вариантов развития событий тоже два: либо тормоза перегреются с первой же попытки, либо вовсе не смогут довести колеса до грани блокировки… И то, и другое означает для нас увеличение тормозного пути (по сравнению с тормозным путем на этих же сликах и гоночными тормозами) даже для пустой машины. А если ее еще и догрузить как следует, то ситуация еще более усугубится, и тормозной путь таких Жигулей еще как будет зависеть от массы авто.

Таким образом, мы можем говорить о независимости тормозного пути от массы машины, если она соответствует общепринятым нормам безопасности: на машине с загрузкой, не превышающей допустимую производителем, штатные тормоза должны быть способны заблокировать колеса (или включить АБС) на штатных шинах.

Однако главное при торможении — шины

Выходит, и Жигули, и Ferrari затормозят с примерно одинаковым тормозным путем, если тормоза у всех исправны, а на колеса установлены одни и те же шины

. Возможна разница за счет разного времени срабатывания тормозной системы, а также за счет разных алгоритмов торможения водителя и АБС. Но эта разница будет куда меньше по сравнению с тем, когда одни и те же Жигули (или Ferrari) будут тормозить сначала на Michelin, а потом на отечественной Каме. Так что главное при торможении — шины!

Выше я уже написал, что в случае торможения на грани скольжения шин под k понимается коэффициент сцепления, а в случае торможения юзом при заблокированных колесах k — коэффициент скольжения шин по дороге. Известно, что трение скольжения всегда меньше трения покоя (сцепления), примерно на 10-15%. Соответственно, машина, тормозящая юзом, как правило, проходит на 10-15% больший путь до полной остановки по сравнению с машиной, тормозящей на грани скольжения. АБС не допускает блокировки колес, поэтому машины с АБС при нажатии тормоза «в пол» тормозят всегда на грани скольжения. А машины без АБС при торможении «в пол» сразу же уходят в юз. Хотя, при должном навыке водитель и без АБС может правильно дозировать усилие на педали и тормозить на грани скольжения. Например, машины в Формуле 1 не оснащены АБС, и пилоты тормозят на грани скольжения, а уход в юз считается ошибкой. Из написанного следует, что 

при одних и тех же шинах машина с АБС будет тормозить короче, чем машина без АБС юзом, но это справедливо только для гладких и твердых дорог. На рыхлых и неровных покрытиях машины с АБС проигрывают в тормозном пути машинам без АБС.

Кстати, не стоит сравнивать тормозные пути седана и фуры. Это не всегда корректно, поскольку там могут быть конструктивно разные тормоза (у грузовиков даже бывает не гидравлическая, а пневматическая тормозная система с огромной задержкой в срабатывании) и разного качества шины. Лучше всего сравнивать «яблоки с яблоками», то есть одну и ту же машину с разной степенью загрузки. Подробнее об этом читайте в ответе на вопрос гостя нашего сайта о влиянии тормозов.

Легковушка и фура тормозят одинаково

Однако, если время срабатывания тормозов у легковушки и фуры одинаково, и стоят схожие по составу шины, то тормозной путь отличаться не должен. Вот видео, которое подтверждает это (правда, я не понимаю по-немецки, но по смыслу именно то :)):

http://www.myvideo.de/watch/7778214/Bremstest_PKW_LKW_VW_T4_gg_Mercedes_Actros

В заключение скажу, что тормозной путь зависит от веса машины (не будем путать вес и массу), а также от массы прицепа без тормозов, от положения руля. Обо всем этом я расскажу в будущих выпусках.

Как это поможет на практике?

А пока — практический смысл этой статьи.

Используйте качественные шины

Помните, машина тормозит не тормозами, а шинами. Если у вас стоят изношенные или дешевые или просто не соответствующие сезону шины, ваш автомобиль тормозит плохо, и хорошие тормоза ему не помогут. 

Если вы хотите повысить безопасность и улучшить тормозную динамику машины, не нужно делать тюнинг тормозов и ставить дорогущие тормозные диски, колодки и т.п. Поставьте дорогие качественные шины, и тогда ваша жизнь за рулем будет в большей безопасности.

Тюнинг машины требует профессионального подхода

Если же вы решите «обуть» машину в суперцепкие шины — для гонок ли, или для собственной безопасности, имейте в виду, что это уже вмешательство в конструкцию автомобиля, тюнинг. Одними шинами не обойтись — они потребуют для себя мощных тормозов, а подобрать их и грамотно установить — дело крайне важное и непростое. Так что подходите к тюнингу машины серьезно и пользуйтесь услугами профессионалов, ведь такие вещи не терпят самодеятельности.

Маленькая легкая машина не дает преимуществ при торможении

Выбирая машину при покупке не думайте, что маленький городской автомобильчик будет более безопасный по сравнению с минивэном и тем более фурой лишь потому, что легче и, якобы, лучше тормозит. Не лучше он тормозит, а если и лучше, то масса тут ни при чем. Будьте бдительны, если управляете маленьким авто. Особенно, когда едете сзади фуры: не приближайтесь к ней и не думайте, что в случае чего она будет останавливаться долго, а вы то уж точно успеете остановиться… Сохраняйте безопасную дистанцию, независимо от разницы в массах машин.

Сохраняйте самообладание, управляя загруженной машиной

Если вам предстоит путь на машине с пассажирами и полным багажником, будьте бдительны, но не теряйте самообладание при торможении. Да, вам покажется, что торможение стало хуже. Но это лишь потому, что вы привыкли к другому усилию на педали тормоза.Нажимайте на тормоз сильнее обычного, и машина затормозит так, как вам нужно. Но и после разгрузки автомобиля не теряйте голову 🙂 — ведь машина станет более чутко отзываться на нажатие педали тормоза, но это иллюзия: тормозной путь не станет короче!

Не перегружайте машину

У каждой машины есть свое предназначение для использования и своя допустимая нагрузка. Если ее превысить, то шины и тормоза могут перегреться, а то и вовсе испортиться. В любом случае, они не справятся с задачей торможения. Тормозной путь заметно увеличится, и это, как вы понимаете, может привести к ДТП.

Учитесь правильно тормозить

Казалось бы, что тут сложного? Но наш тренерский опыт говорит, что многим водителям не хватает плавности и знаний многих тонкостей в повседневном торможении и, наоборот, маловато резкости в экстренном торможении. В общих чертах я написал об этом в статье «Как правильно тормозить?», а если вас интересует практика, то экстренное торможение вы можете отработать на курсе «Зимняя контраварийная подготовка», а постичь все премудрости грамотного торможения на каждый день — на «курсе МВА для водителя: Мастерство Вождения Автомобиля».

Тормозной путь и масса — Энциклопедия журнала «За рулем»

У какого автомобиля больше тормозной путь — у груженого под завязку или у пустого?
Больше половины людей ответят, что у груженого.
А на как обстоят дела на самом деле?

Для начала придется окунуться в «школьные годы чудесные», а именно — в физику за 6-й класс. Раздел «Силы трения». Окунаться будем не глубоко, по щиколотку.
Итак, смотрим на картинку. Перед нами — одноглазый Билли Бонс за рулем Фольксвагена. Он что-то увидел на дороге и вовсю тормозит. С точки зрения физики, и Фольксваген, и Билли Бонс — все это вместе называется «тело». На это тело действуют силы. Это сила тяжести, которая прижимает тело к земле mg, сила реакции опоры N, которая ей противодействует. Эти силы в простейшем случае, на горизонтальной поверхности, равны и направлены в разные стороны, а их равнодействующая равна нулю. Кроме них на движущееся тело действует еще одна сила — сила трения Fтр. Сила трения зависит от силы реакции опоры и коэффициента трения, она прямо пропорциональна им. А если точнее, равна просто их произведению: Fтр. = μN.
Но сила реакции опоры равна массе тела, умноженной на ускорение свободного падения g: N = mg.
Подставим значение N в формулу силы трения:
Fтр. = μmg

Поскольку на всей планете Земля ускорения свободного падения одинаковое, то делаем вывод, что сила трения зависит от коэффициента трения и массы тела, и больше ни от чего.

Если на дело действует какая-то сила, оно начинает ускоряться (напомним, что с точки зрения физики торможение — тоже ускорение, только с обратным знаком). Согласно второму закону Ньютона, это сила равна произведению массы на ускорение: F = ma
Значит, ускорение равно a = F / m.
На наше тело действует единственная сила — сила трения (равнодействующая остальных равна нулю, значит, они не оказывают влияния). Значит,
a = Fтр./m, то есть ускорение (замедление торможения) равно силе трения, деленной на массу Билли Бонса и его Фольксвагена.
Но сила трения равна Fтр. = μmg. Подставим это значение в нашу формулу:
а = μmg/m. Масса, деленная на эту же массу, сокращается. Значит, а = μg
Итак, ускорение (в нашем случае — это интенсивность торможения) зависит только от коэффициента трения! Какая бы ни была масса тела, она у нас сокращается, то есть чем больше масса, тем больше будет и сила трения, причем точно на эту же самую величину.

Вроде бы уже все ясно. Но нам надо решить задачу до конца и вычислить тормозной путь. Это просто. Ускорение а равно скорости V, деленной на время t
a = V / t
Тогда
t = V / a = V / μg

Согласно Закону равноускоренного движения, расстояние S равно:
S = at2 / 2
Тогда
S = μg (V / μg)2 / 2 = (V2 / μg) / 2 = V2 / 2μg

Итак,


Тормозной путь зависит только от скорости и коэффициента трения, и не зависит от массы автомобиля.

Ну а поскольку ускорение свободного падения — величина постоянная, и равна 9.81 м/с2, то упрощенно можно считать так:
S = V2 / 20μ

Так гласят незыблимые законы физики. Но если заглянуть в характеристики автомобилей, легко обнаружить, что у грузовиков тормозной путь больше, чем у легковушек. Выходит, они нарушают эти самые незыблимые законы? Конечно, нет. Для того, чтобы разобраться в этом, придется выйти далеко за пределы элементарной физики и детально знакомиться со свойствами тормозных систем (в частности, в разнице работы между «легковой» гидравлической и «грузовой» пневматической — а они разные), а также — в работе шины. В частности, в зависимости коэффициента трения шины от ее температуры, и, самое главное, от того, в какой момент начнется плавление резины. Чем раньше шина начнет плавиться — тем больше будет тормозной путь. А раньше начнет плавиться та шина, которая сильнее прижимается к асфальту. То есть — шина грузовика.
Тем не менее, в самом общем случае, когда скорости разумные, тормозной путь конкретного автомобиля не будет зависеть от того, насколько он нагружен. Не верьте тем людям, которые утверждают, что у сильно загруженного автомобиля он больше. Он такой же точно, как у пустого.

Что же касается автомобиля с прицепом, не оборудованным тормозами, то путем нехитрых преобразований мы получим такую формулу ускорения:
а = μg (1 + mпр. / mавт.)
Из чего видно, что сама масса прицепа не имеет значения, а важно только отношение массы прицепа к массе автомобиля: чем оно больше — тем больше ускорение и, стало быть, тормозной путь. Прямо пропорционально отношению масс автомобиля, который тормозит и прицепа, который тормозить не может. S = V2 / 2μg(1 + (mпр. / mавт.))
Видно, что если масса прицепа будет равна половине массы автомобиля, то тормозной путь увеличится наполовину, то есть станет в полтора раза длиннее. А если масса прицепа равна массе автомобиля — то в два раза.

Статья написана по материалам лекций Автошколы МГУ (Университетской автошколы)

Конспект урока по физике «Тормозной путь» (9 класс)

Тема: «Тормозной путь. Остановочный путь. Безопасность дорожного движения»

Цели урока:

  • Опираясь на знание физических законов, выработать осознанную необходимость соблюдения Правил дорожного движения. Познакомить учащихся с понятиями тормозной и остановочный путь.

  • Воспитывать законопослушность, ответственность за свою жизнь и жизнь людей, живущих рядом. Повторить основные знания по безопасному переходу улицы.

  • Развивать творческие способности, коммуникабельность

Ход урока:

  1. Орг. момент

Учитель: Часто на дорогах можно видеть перебегающего пешехода впереди идущего транспорта. По — видимому, пешеход не знает, что достаточно 30 секунд постоять на обочине, перекрестке перед красным сигналом светофора и для него загорится зеленый свет. Еще он не знает элементарных сведений о тормозном пути автомашин и не соблюдает Правила пешехода.

Сегодняшний урок посвящен взаимосвязи физики, математики и безопасности дорожного движения, мы познакомимся с понятиями тормозной путь и остановочный путь, повторим правила дорожного движения. Поэтому тема урока звучит так: «Тормозной путь. Остановочный путь. Безопасность дорожного движения» Слайд №1

Эпиграфом к нашему уроку я выбрала слова великого русского писателя А.П.Чехова «Солнце не всходит два раза в день, а жизнь не дается дважды…» Слайд №2

Проблема безопасности движения сложна и многогранна, вы каждый день идете или едете в школу, т.е. являетесь участниками дорожного движения.

  1. Актуализация знаний

Давайте посмотрим на фотографию, и наверное, тогда станет ясно, почему мы сегодня говорим о безопасности дорожного движения. Слайд № 3

Слайд № 4 Ежегодно в мире в результате ДТП погибают и получают ранения более 50 млн. человек. Всемирная организация здравоохранения свидетельствует, что на долю ДТП более 30% смертельных исходов от всех несчастных случаев. В ХХ веке автомобиль стал причиной смерти около 30 млн. человек. В России потери, связанные с ДТП в несколько раз превышают ущерб от железнодорожных катастроф, пожаров и других видов несчастных случаев. Масштаб ДТП угрожает национальной безопасности.

Слайд № 5 Мы каждое утро выходим на улицу и становимся пешеходами. Анализ данных о количестве ДТП свидетельствует о том, что очень часто жертвами становятся пешеходы, в том числе и дети.

Исследования пешеходного движения показывают, что в зависимости от возраста и пола изменяется и скорость движения пешеходов:

Слайд № 6 Скорость передвижения пешеходов.

Таблица 1. Возраст и пол Скорость движения пешеходов

Дети 6-10 лет 1,11 м/с = 1,11X3600 : 1000 км/ч = 3,996 км/ч

Подростки 11-16 лет 1,59 м/с = 1.59X3600 : 1000 км/ч = 5,724 км/ч

Мужчины до 55 лет 1,62 м/с = 1.62 X3600: 1000 км/ч = 5,832 км/ч

Мужчины свыше 55лет 1,5 м/с = 1.5 X3600 : 1000 км/ч = 5,4 км/ч

Женщины до 55 лет 1,35 м/с = 1.35X3600 : 1000 км/ч = 4,86 км/ч

Женщины после 55 лет 1,29 м/с = 1.29X3600 : 1000 км/ч = 4,644км/ч

Слайд № 7 Пусть вам сообщили, что скорость мужчины 6 км/ч. Что означает это число?

Дорога — объект повышенной опасности. Помогают избежать опасных ситуаций на дорогах, конечно, дорожные знаки. Что означают эти знаки?

hello_html_6d88c38d.jpghello_html_m7521036a.png

Слайд № 8 Вы ехали по городу и увидели знак ограничения скорости 40 км/ч, а в городе дует штормовой ветер, то есть где-то 25 – 30 м/с. Нарушает ли ветер правила дорожного движения? Что нужно нам сделать, чтобы сравнить эти две величины?

hello_html_m535a7de2.png Выразим скорость движения ветра в других единицах (км/ч).

Давайте вспомним, что нужно для этого сделать: 30м/с = = 108 км/ч

Да. Нарушает.

Задача.

В начале участка шоссе стоит дорожный знак «30 км/ч». Нарушил ли правила движения водитель автомобиля, равномерно прошедшего участок дороги длиной 1,8 км за 4 мин? (Не нарушил, т. к. скорость автомобиля была 27 км/ч).

Почему дети часто становятся жертвами ДТП?

Слайд № 9 1. При переходе дороги для того, чтобы иметь общее представление об окружающем пространстве, нужно осмотреться вокруг. Для того чтобы повернуть голову, ребёнку понадобится 4 секунды, а взрослому человеку всего лишь одну секунду.

Поэтому, искажённо оценив дорожную ситуацию, дети считают, что успеют перейти дорогу и попадают в ДТП.

Слайд № 10 2. Дети с искажением воспринимают звуки на дороге.

Подростки часто ходят по улицам города с наушниками, в которых звучит громкая музыка. И это очень существенно мешает восприятию окружающей действительности.

Слайд № 11 3. У ребёнка искажено восприятие размеров транспортного средства. Подростки до 13-14 лет видят только прямо. У них хорошо развито “тоннельное зрение”, а боковое зрение слабо фиксирует происходящее.

Слайд № 12 Решить задачу. Сколько секунд будет переходить ребёнок дорогу, если её ширина 6 метров и его скорость равна 1,2 м/с?

  1. Изучение нового материала

1. Учитель. Ребята, помните – ни одна машина сразу остановиться не может. Знание того, сколько проедет автомобиль перед тем, как остановиться, какова дистанция безопасности, поможет избежать проблем на дороге.

1) Останавливаясь около заранее намеченного места, водитель выключает двигатель, и автомашина продолжает двигаться только по инерции. Затем водитель тормозит и плавно подводит машину к остановке.

2) Автомашина не может остановиться сразу, как только её затормозили. До полной остановки она проходит ещё некоторое расстояние – тормозной путь.

Слайд 13. Тормозной путь.

Определение 1. Тормозной путь — это расстояние, пройденное автомобилем с момента нажатия на педаль тормоза до полной остановки автомобиля.

Вопросы. От чего зависит тормозной путь автомобиля?

Тормозной путь зависит от многих факторов:

а) от силы сцепления колёс с землёй. Если дорога скользкая, шины стёрты, то сила сцепления колёс с землёй уменьшается и, наоборот, увеличивается, если дорога сухая, а шины новые. В первом случае тормозной путь увеличивается, во втором сокращается.

б) от скорости автомобиля: чем больше скорость, тем он длиннее.

Слайд 14. Изменение тормозного пути.

Водитель едет со скоростью 25 км/ч, затем переходит на скорость 50 км/ч.

Как изменится путь торможения?

Слайд 15 Изменение тормозного пути от увеличения скорости

Казалось бы, что при удвоенной скорости тормозной путь тоже должен увеличиться вдвое. На самом деле он увеличивается в 4 раза. Если скорость увеличить в 3 раза, то тормозной путь увеличивается в 9 раз, а если в 4 раза – то в 16 раз.

Почему так происходит? Чтобы ответить на этот вопрос выведем формулу зависимости пути от скорости.

Слайд 16 — Если тело движется, то какой энергией оно обладает?

Кинетической энергией Ек = (1)

— Если тело обладает энергией и энергия уменьшается, значит тело выполняет работу, равную изменению этой энергии, т.е. А = (2)

— Какие силы действуют на автомобиль, если двигатель выключен?

Fтр = (3)

А = Fтрs = (4)

Приравняем 2 и 4 формулы

=

Задание командам из этой формулы вывести формулу пути.

= =

Слайд 17 РЕШИМ ЗАДАЧУ: Определим тормозной путь при экстренном торможении.

Пешеход пересекает улицу в неположенном месте. Водитель замечает пешехода за 20 м и начинает экстренное торможение. Произойдёт ли аварии, если скорость авто 60 км/ч? Коэффициент трения 0,7.

60 км/ч = 16,7 м/с

Решение: рассчитаем тормозной путь по выведенной формуле:

=

S= 19,9 м.

В данной ситуации всё обошлось, а что было бы, если за 5 минут до этого прошёл дождь? Коэффициент трения = 0,5

S= 27,8 м. Машина собьёт человека.

Как изменяется тормозной путь в зависимости от скорости движения автомашины, показано в таблице.

в) от состояния дороги.

Числа в таблице приведены для сухой асфальтовой дороги.

Слайд 18. Тормозной путь.

Тормозной путь может увеличиться примерно на 30%, если дорога мокрая, и примерно в 3 раза, если дорога покрыта снегом, и в 5 раз, если асфальт покрыт ледяной коркой.

В таблице указан тормозной путь по 1) мокрой дороге, 2) дороге, покрытой ледяной коркой.

Слайд 19. Тормозной путь.

г) от нагрузки и тяжести машины. Более тяжёлая машина (грузовик, автобус) имеет больший тормозной путь, чем, например, маленький “Москвич”.

д) от исправности тормозов, препятствий на пути и других условий.

  1. Закрепление.

Слайд 20. От чего зависит тормозной путь

а ) от силы сцепления колёс с землёй,

б) от скорости автомобиля,

в) от состояния дороги.

г) от нагрузки и тяжести машины

2. Введение понятия остановочный путь автомобиля.

Учитель. Ребята, вы увидели, что автомобиль нельзя остановить мгновенно. Для его остановки требуется определённое время, за которое он проходит некоторое расстояние.

Слайд 21 Остановочный путь.

Определение 2. Все расстояние, пройденное автомобилем с момента обнаружения опасности до полной остановки, называется остановочный путь автомобиля.

Повторим Определение 1. Тормозной путь – это расстояние, пройденное автомобилем с момента нажатия на педаль тормоза до полной остановки автомобиля.

Слайд 22. Составляющие остановочного пути.

Остановочный путь состоит из двух частей: расстояние, пройденное автомобилем за время реакции водителя и тормозного пути.

Путь за время

реакции водителя Тормозной путь

Остановочный путь

Время реакции водителя.

Время реакции водителя колеблется от 0,5 с до 1,2 с. Что влияет на время реакции водителя?

Ответ. На время реакции водителя влияют личные качества: физическое состояние водителя, его возраст, водительский опыт.

Вопрос. Правильно ли, что чем больше скорость автомобиля, тем длиннее остановочный путь?

Ответ. Правильно. Чем больше скорость, тем больше инерция. Тормозной путь удлиняется, а, значит, удлиняется остановочный путь.

Слайд 23.

Задача.

Время реакции водителя на возникшую опасность составляет 0.8 с. Какой путь пройдет за это время автобус, если скорость его была 54 км/ч? (12м).

Слайд 24.

Задача.

Автомобиль движется со скоростью 40 км/ч. На расстоянии 15м у него возникает препятствие. Свернуть некуда. Реакция водителя 0,5 сек. Успеет ли водитель остановить машину? (Дорога сухая.)

Решение.

По таблице находим, что при скорости 40км/ч путь торможения по сухой дороге равен 10,4 м. До препятствия 15 м, значит, у водителя в запасе 15 м – 10,4 м = 4,6 м. Кажется, что автомашину можно успеть остановить. Но здесь мы не учли скорость реакции водителя. Если она составляет 0,5 сек, то при скорости 40км/ч автомашина за это время проедет

40 х 0,5 х 1000 : 3600 м = 5,6 м, а затем ещё 10,4 м до остановки, всего 16 м. А так как до препятствия 15 м, то водитель обязательно на него наедет.

Ответ. Не успеет.

Теперь становится ясно, ребята, какой опасности подвергается пешеход, пытающийся пересечь дорогу, по которой мчатся автомашины.

Слайд 25. Запомни.

  • “Не перебегай улиц и дорог перед близко движущимся транспортом – это очень опасно для жизни”.

  • Ни одно даже самое важное дело не стоит вашей жизни.

Вопрос. Почему нельзя перебегать улицу перед близко идущим транспортом?

Слайд 26. Памятка.

Умей не только видеть, но и слышать улицу.

Обращай внимание на сигналы автомобиля (указатели поворота, заднего хода, тормоза)

Контролируй свои движения: поворот головы для осмотра дороги, остановку для пропуска автомобиля.

  1. Подведение итогов:

– Мы сегодня с вами не только повторили основные физические понятия, такие как скорость, тормозной путь, инерция и трение, но и рассмотрели их практическое применение, повторили правила дорожного  движения и дорожные знаки. Надеюсь, что данные знания помогут вам в жизни.

1. Если увеличить скорость транспорта вдвое, то потребуется вчетверо больший путь до его остановки, т.е. тормозной путь увеличится в 4 раза, а время торможения – в 2 раза.

2. Чем больше масса транспортного средства, тем время торможения и тормозной путь больше, т.е. тем труднее изменить скорость автомобиля и, следовательно, тело более инертно.

3. Длина тормозного пути зависит от погодных условий: на мокрой, скользкой дороге сила сцепления колёс с дорогой уменьшается, а тормозной путь увеличивается.

4. Зависимость тормозного пути от тормозной системы, изношенности шин колёс, освещённости дороги и других факторов.

5. Для остановки транспорта требуется время и пространство: нельзя переходить дорогу перед близко идущим транспортом. Об этом следует помнить во избежание ДТП, как пешеходам, так и автомобилистам, велосипедистам и другим участникам движения.

Наиболее распространенные нарушения:

1) Переход перед близко идущим транспортом;

2) Внезапный выход на проезжую часть из-за стоящего транспорта;

3) Переход дороги вне пешеходного перехода;

4) Нарушение правил езды на велосипеде;

5) Игра на дороге.

Скоро растает снег и многие из вас начнут кататься на велосипедах. Весна радует нас своим приходом. Голубое небо, яркое солнце, таяние снега — всё это поднимает настроение после долгой, суровой зимы. В связи с потеплением на дорогах появится и больше транспорта, что влияет на безопасность дорожного движения. Но, соблюдая установленные правила, мы тем самым оберегаем себя и окружающих от возможных неприятных последствий

(Выставление оценок активным ученикам)

Слайд 26. Домашнее задание:

  1. Составить кроссворд содержащий основные физические понятия и понятия из правил дорожного движения.

  2. Задача. На участке дороги, где установлен такой знак, водитель применил аварийное торможение. Инспектор обнаружил по следу колёс, что тормозной путь равен 12 м. Нарушил ли водитель правила, если коэффициент трения 0,6?

План-конспект урока по физике (9 класс) на тему: Интегрированный урок по физике и математике «Тормозной путь. Остановочный путь. Безопасность дорожного движения»

Тема: «Тормозной путь. Остановочный путь. Безопасность дорожного движения»

Цели урока:

  • Опираясь на знание физических законов, выработать осознанную необходимость соблюдения Правил дорожного движения.  Познакомить учащихся с понятиями тормозной и остановочный путь.
  • Воспитывать законопослушность, ответственность за свою жизнь и жизнь людей, живущих рядом. Повторить основные знания по безопасному переходу улицы.
  • Развивать творческие способности, коммуникабельность

Ход урока:

  1. Орг. момент

Учитель: Часто на дорогах можно видеть перебегающего пешехода впереди идущего транспорта. По — видимому, пешеход не знает, что достаточно 30 секунд постоять на обочине, перекрестке перед красным сигналом светофора и для него загорится зеленый свет. Еще  он не знает элементарных сведений о тормозном пути автомашин и не соблюдает Правила пешехода.

Сегодняшний урок посвящен взаимосвязи физики, математики и безопасности дорожного движения, мы познакомимся с понятиями тормозной путь и остановочный путь, повторим правила дорожного движения. Поэтому тема урока звучит так: «Тормозной путь. Остановочный путь. Безопасность дорожного движения» Слайд №1

Эпиграфом к нашему уроку я выбрала слова великого русского писателя А.П.Чехова «Солнце не всходит два раза в день, а жизнь не дается дважды…» Слайд №2

Проблема безопасности движения сложна и многогранна, вы каждый день идете или едете в школу, т.е. являетесь участниками дорожного движения.

  1. Актуализация знаний

Давайте посмотрим на фотографию, и наверное, тогда станет ясно, почему мы сегодня говорим о безопасности дорожного движения. Слайд № 3 

Слайд № 4 Ежегодно в мире в результате ДТП погибают и получают ранения более 50 млн. человек. Всемирная организация здравоохранения свидетельствует, что на долю ДТП более 30% смертельных исходов от всех несчастных случаев. В ХХ веке автомобиль стал причиной смерти около 30 млн. человек. В России потери, связанные с ДТП в несколько раз превышают ущерб от железнодорожных катастроф, пожаров и других видов несчастных случаев. Масштаб ДТП угрожает национальной безопасности.

Слайд № 5 Мы каждое утро выходим на улицу и становимся пешеходами. Анализ данных о количестве ДТП свидетельствует о том, что очень часто жертвами становятся пешеходы, в том числе и дети.

Исследования пешеходного движения показывают, что в зависимости от возраста и пола изменяется и скорость движения пешеходов:

Слайд № 6 Скорость передвижения пешеходов.

Таблица 1.      Возраст и пол                                Скорость движения пешеходов

                        Дети 6-10 лет                                 1,11 м/с = 1,11X3600 : 1000 км/ч = 3,996 км/ч

                        Подростки 11-16 лет                     1,59 м/с = 1.59X3600 : 1000 км/ч = 5,724 км/ч

                        Мужчины до 55 лет                     1,62 м/с = 1.62 X3600: 1000 км/ч = 5,832 км/ч

                        Мужчины свыше 55лет        1,5 м/с = 1.5 X3600 : 1000 км/ч = 5,4 км/ч

                        Женщины до 55 лет                      1,35 м/с = 1.35X3600 : 1000 км/ч = 4,86 км/ч

                        Женщины после 55 лет         1,29 м/с = 1.29X3600 : 1000 км/ч = 4,644км/ч

Слайд № 7 Пусть вам сообщили, что скорость мужчины 6 км/ч. Что означает это число?

Дорога — объект повышенной опасности. Помогают избежать опасных ситуаций на дорогах, конечно, дорожные знаки. Что означают эти знаки?

Слайд № 8 Вы ехали по городу и увидели знак ограничения скорости 40 км/ч, а в городе дует штормовой ветер, то есть где-то 25 – 30 м/с. Нарушает ли ветер правила дорожного движения? Что нужно нам сделать, чтобы сравнить эти две величины?

         Выразим скорость движения ветра в других единицах (км/ч).

Давайте вспомним, что нужно для этого сделать: 30м/с = = 108 км/ч

Да. Нарушает. 

Задача.

В начале участка шоссе стоит дорожный знак «30 км/ч». Нарушил ли правила движения водитель автомобиля, равномерно прошедшего участок дороги длиной 1,8 км за 4 мин? (Не нарушил, т. к. скорость автомобиля была 27 км/ч).

Почему дети часто становятся жертвами ДТП?

Слайд № 9  1. При переходе дороги для того, чтобы иметь общее представление об окружающем пространстве, нужно осмотреться вокруг. Для того чтобы повернуть голову, ребёнку понадобится 4 секунды, а взрослому человеку всего лишь одну секунду.

Поэтому, искажённо оценив дорожную ситуацию, дети считают, что успеют перейти дорогу и попадают в ДТП.

Слайд № 10  2. Дети с искажением воспринимают звуки на дороге.

Подростки часто ходят  по улицам города с наушниками, в которых звучит громкая музыка. И это очень существенно мешает восприятию окружающей действительности.

Слайд № 11   3. У ребёнка искажено восприятие размеров транспортного средства. Подростки до 13-14 лет видят только прямо. У них хорошо развито “тоннельное зрение”, а боковое зрение слабо фиксирует происходящее.

Слайд № 12  Решить задачу. Сколько секунд будет переходить ребёнок дорогу, если её ширина 6 метров и его скорость равна 1,2 м/с?

  1. Изучение нового материала

 1.  Учитель. Ребята, помните – ни одна машина сразу остановиться не может.  Знание того, сколько проедет автомобиль перед тем, как остановиться, какова дистанция безопасности, поможет избежать проблем на дороге.

1) Останавливаясь около заранее намеченного места, водитель выключает двигатель, и автомашина продолжает двигаться только по инерции. Затем водитель тормозит и плавно подводит машину к остановке.

2) Автомашина не может остановиться сразу, как только её затормозили. До полной остановки она проходит ещё некоторое расстояние – тормозной путь.

 Слайд 13. Тормозной путь.

Определение 1. Тормозной путь — это расстояние, пройденное автомобилем с момента нажатия на педаль тормоза до полной остановки автомобиля.

Вопросы. От чего зависит тормозной путь автомобиля?

Тормозной путь зависит от многих факторов:

а) от силы сцепления колёс с землёй. Если дорога скользкая, шины стёрты, то сила сцепления колёс с землёй уменьшается и, наоборот, увеличивается, если дорога сухая, а шины новые. В первом случае тормозной путь увеличивается, во втором сокращается.

б) от скорости автомобиля: чем больше скорость, тем он длиннее.

Слайд 14. Изменение тормозного пути.

Водитель едет со скоростью 25 км/ч, затем переходит на скорость 50 км/ч.

Как изменится путь торможения?

Слайд 15 Изменение тормозного пути от увеличения скорости

Казалось бы, что при удвоенной скорости тормозной путь тоже должен увеличиться вдвое. На самом деле он увеличивается в 4 раза. Если скорость увеличить в 3 раза, то тормозной путь увеличивается в 9 раз, а если в 4 раза – то в 16 раз.

Почему так происходит? Чтобы ответить на этот вопрос выведем формулу зависимости пути от скорости.

Слайд 16 — Если тело движется, то какой энергией оно обладает?    

Кинетической энергией  Ек =    (1)

— Если тело обладает энергией и энергия  уменьшается, значит тело выполняет работу, равную изменению этой энергии, т.е. А =    (2)

— Какие силы действуют на автомобиль, если двигатель выключен?

Fтр =      (3)

  • По какой формуле вычисляется работа?

А = Fтр  s =    (4)

Приравняем 2 и 4 формулы

  =

Задание командам из этой формулы вывести формулу пути.

 =  =

Слайд 17 РЕШИМ ЗАДАЧУ: Определим тормозной путь при экстренном торможении.

Пешеход пересекает улицу в неположенном месте. Водитель замечает пешехода за 20 м и начинает экстренное торможение. Произойдёт ли аварии, если скорость авто 60 км/ч? Коэффициент трения 0,7.

60 км/ч = 16,7 м/с

Решение: рассчитаем тормозной путь по выведенной формуле:

  =

S= 19,9 м.

В данной ситуации всё обошлось, а что было бы, если за 5 минут до этого прошёл дождь? Коэффициент трения = 0,5

S= 27,8 м. Машина собьёт человека.

Как изменяется тормозной путь в зависимости от скорости движения автомашины, показано в таблице.

Скорость движения автомашины, км/ч

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Тормозной путь по сухой дороге, м

0,65

2,6

5,8

10,4

16,3

23,5

32,1

41,9

53,0

65,5

в) от состояния дороги.

Числа в таблице приведены для сухой асфальтовой дороги.

Слайд 18. Тормозной путь.

Тормозной путь может увеличиться примерно на 30%, если дорога мокрая, и примерно в 3 раза, если дорога покрыта снегом, и в 5 раз, если асфальт покрыт ледяной коркой.

В таблице указан тормозной путь по 1) мокрой дороге, 2) дороге, покрытой ледяной коркой.

Слайд 19. Тормозной путь.

Скорость движения автомашины, км/ч

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Тормозной путь по сухой дороге, м

0,65

2,6

5,8

10,4

16,3

23,5

32,1

41,9

53,0

65,5

Тормозной путь по мокрой дороге, м

0,85

3,38

7,54

13,5

21,3

30,55

41,73

54,47

68,9

85,15

Тормозной путь по дороге, покрытой ледяной коркой, м

3,25

13,0

29

52,0

81,5

116,5

160,5

209,5

265,0

327,5

г) от нагрузки и тяжести машины. Более тяжёлая машина (грузовик, автобус) имеет больший тормозной путь, чем, например, маленький “Москвич”.

д) от исправности тормозов, препятствий на пути и других условий.

  1. Закрепление.

Слайд 20. От чего зависит тормозной путь

а ) от силы сцепления колёс с землёй,

б) от скорости автомобиля,

в) от состояния дороги.

г) от нагрузки и тяжести машины

2. Введение понятия остановочный путь автомобиля.

Учитель. Ребята, вы увидели, что автомобиль нельзя остановить мгновенно. Для его остановки требуется определённое время, за которое он проходит некоторое расстояние.

Слайд 21 Остановочный путь.

Определение 2. Все расстояние, пройденное автомобилем с момента обнаружения опасности до полной остановки, называется остановочный путь автомобиля.

Повторим Определение 1. Тормозной путь – это расстояние, пройденное автомобилем с момента нажатия на педаль тормоза до полной остановки автомобиля.

Слайд 22. Составляющие остановочного пути.

Остановочный путь состоит из двух частей: расстояние, пройденное автомобилем за время реакции водителя и тормозного пути.

                                     Путь за время              

                                     реакции водителя                              Тормозной путь 

                                                           Остановочный путь

Время реакции водителя.

Время реакции водителя колеблется от 0,5 с до 1,2 с. Что влияет на время реакции водителя?

Ответ. На время реакции водителя влияют личные качества: физическое состояние водителя, его возраст, водительский опыт.

Вопрос. Правильно ли, что чем больше скорость автомобиля, тем длиннее остановочный путь?

Ответ. Правильно. Чем больше скорость, тем больше инерция. Тормозной путь удлиняется, а, значит, удлиняется остановочный путь.

Слайд 23.

Задача.

Время реакции водителя на возникшую опасность составляет  0.8 с. Какой путь пройдет за это время автобус, если скорость его была 54 км/ч? (12м).

Слайд 24.

Задача.

Автомобиль движется со скоростью 40 км/ч. На расстоянии 15м у него возникает препятствие. Свернуть некуда. Реакция водителя 0,5 сек. Успеет ли водитель остановить машину? (Дорога сухая.)

Решение.

По таблице находим, что при скорости 40км/ч путь торможения по сухой дороге равен 10,4 м. До препятствия 15 м, значит, у водителя в запасе 15 м – 10,4 м = 4,6 м. Кажется, что автомашину можно успеть остановить. Но здесь мы не учли скорость реакции водителя. Если она составляет 0,5 сек, то при скорости 40км/ч автомашина за это время проедет

40 х 0,5 х 1000 : 3600 м = 5,6 м, а затем ещё 10,4 м до остановки, всего 16 м. А так как до препятствия 15 м, то водитель обязательно на него наедет.

Ответ. Не успеет.

Теперь становится ясно, ребята, какой опасности подвергается пешеход, пытающийся пересечь дорогу, по которой мчатся автомашины.

Слайд 25. Запомни.

  • “Не перебегай улиц и дорог перед близко движущимся транспортом – это очень опасно для жизни”.
  • Ни одно даже самое важное дело не стоит вашей жизни.

Вопрос. Почему нельзя перебегать улицу перед близко идущим транспортом?

Слайд 26. Памятка.

Умей не только видеть, но и слышать улицу.

Обращай внимание на сигналы автомобиля (указатели поворота, заднего хода, тормоза)

Контролируй свои движения: поворот головы для осмотра дороги, остановку для пропуска автомобиля.

  1. Подведение итогов:

– Мы сегодня с вами не только повторили основные физические понятия, такие как скорость, тормозной путь, инерция и трение, но и рассмотрели их практическое применение, повторили правила дорожного  движения и дорожные знаки. Надеюсь, что данные знания помогут вам в жизни.

1. Если увеличить скорость транспорта вдвое, то потребуется вчетверо больший путь до его остановки, т.е. тормозной путь увеличится в 4 раза, а время торможения – в 2 раза.

2. Чем больше масса транспортного средства, тем время торможения и тормозной путь больше, т.е. тем труднее изменить скорость автомобиля и, следовательно, тело более инертно.

3. Длина тормозного пути зависит от погодных условий: на мокрой, скользкой дороге сила сцепления колёс с дорогой уменьшается, а тормозной путь увеличивается.

4. Зависимость тормозного пути от тормозной системы, изношенности шин колёс, освещённости дороги и других факторов.

5. Для остановки транспорта требуется время и пространство: нельзя переходить дорогу перед близко идущим транспортом. Об этом следует помнить во избежание ДТП, как пешеходам, так и автомобилистам, велосипедистам и другим участникам движения.

Наиболее распространенные нарушения:

1) Переход перед близко идущим транспортом;

2) Внезапный выход на проезжую часть из-за стоящего транспорта;

3) Переход дороги вне пешеходного перехода;

4) Нарушение правил езды на велосипеде;

5) Игра на дороге.

Скоро растает снег и многие из вас начнут кататься на велосипедах. Весна радует нас своим приходом. Голубое небо, яркое солнце, таяние снега — всё это поднимает настроение после долгой, суровой зимы. В связи с потеплением  на дорогах появится и больше транспорта, что влияет на безопасность дорожного движения. Но, соблюдая установленные правила, мы тем самым оберегаем себя и окружающих от возможных неприятных последствий

 (Выставление оценок активным ученикам)

Слайд 26. Домашнее задание:

  1. Составить кроссворд содержащий основные физические понятия и понятия из правил дорожного движения.
  2. Задача. На участке дороги, где установлен такой знак, водитель применил аварийное торможение. Инспектор обнаружил по следу колёс, что тормозной путь равен 12 м. Нарушил ли водитель правила, если коэффициент трения 0,6?

Исследовательская работа по физике на тему ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ТОРМОЗНОЙ ПУТЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

РЕГИОНАЛЬНЫЙ ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ «ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ»

Физика

Исследование влияния физических параметров на тормозной путь транспортного средства.

Автор: Короткова Екатерина

обучающиеся 8 «А» класса

Научный руководитель:

Брызгунова Ирина Николаевна

учитель физики

Место выполнения работы:

Муниципальное бюджетное

общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная

школа № 12 с углубленным изучением

отдельных предметов», г.Старый Оскол

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3 стр.

1. Основная часть:

1.1. Движение тела под действием силы трения; ………..…….. ……….5 стр.

1.2..Зависимость тормозного пути и времени торможения автомобиля

от скорости движения и массы автомобиля. ………………………..5 стр.

2. Исследовательская часть

2.1. Исследование влияния скорости автомобиля, его массы и температуры окружающей среды на тормозной путь и время торможения ……………7 стр.

Заключение……………………………………………………………………10стр. Список используемой литературы…………………………………………..11 стр.

Введение

Организация Объединенных Наций включает проблему безопасности дорожного движения в число наиболее острых проблем человечества, наряду с раковыми заболеваниями, загрязнением окружающей среды, истощением энергетических ресурсов.
Только на дорогах России за год гибнет больше людей, чем потеряла наша армия во всех малых и больших военных конфликтах, в которых она участвовала в последние полвека! Пешеходы составляют 30% погибших и раненых от общего количества пострадавших в ДТП; 36% — пассажиры и 34% — сами водители.
Из-за ошибок водителей и нарушения ими Правил дорожного движения совершается до 80% ДТП.

Цель данной работы исследовать влияние физических параметров на тормозной путь транспортного средства.

Основные задачи:

— изучить теоретический материал;

— провести исследования, выявляющие факторы зависимости влияния

скорости автомобиля, его массы и температуры окружающей среды на

длину тормозного пути и время торможения;

— сравнить полученные данные;

— внести предложения по решению данной проблемы.

Методы, используемые для решения поставленных задач:

-изучение научной литературы;

— сбор существующей информации по данному вопросу;

исследовательская работа по определению влияния скорости

автомобиля, его массы и температуры окружающей среды на

длину тормозного пути и время торможения;

— анализ полученных результатов.

проведение разъяснительной работы о профилактике ДТП.

Актуальность проблемы состоит в том, что закона зависимости массы тела от её скорости ни в природе, ни в отражающей её современной науке нет.

Работники ГАИ, которые встречаются ежедневно с ДТП, анализируя их, сделали вывод, что тормозной путь зависит от массы автомобиля.

Мы решили проверить утверждение работников ГАИ, измерили тормозной путь автомобиля на дороге: с разной массой и в разное время года.

Пришли к выводу, что зависимость тормозного пути автомобиля от его массы безусловно есть. Чем больше масса автомобиля, тем время торможения и тормозной путь больше, т.е. тем труднее изменить скорость автомобиля и, следовательно, тело более инертно. Для остановки транспорта требуется время и пространство: нельзя переходить дорогу перед близко идущим транспортом. Об этом следует знать и помнить, во избежание ДТП как водителям, так и пешеходам.

Основная часть.

Движение тела под действием силы трения.

При движении тел между ними возникают силы трения. Силу взаимодействия, соприкасающихся поверхностей двух тел, называют силой внешнего трения. Внешнее трение существует не только при движении тел, но и тогда, когда тела находятся в относительном покое. Сила трения отличается от других сил тем, что она всегда направлена в сторону противоположную направлению вектора скорости движущегося тела. Сила упругости и сила тяжести тоже могут быть направлены против движения, но сила трения всегда так направлена. Это значит, что и ускорение, которое сила трения сообщает телу направлена против его скорости. Отсюда следует, что сила трения приводит к уменьшению числового значения скорости тела и, если на тело действует только сила трения, то тело, в конце концов, останавливается.

Зависимость тормозного пути и времени торможения автомобиля от скорости движения и его массы

hello_html_m33956c5d.png

Представим себе, что перед движущимся автомобилем неожиданно появилось какое-то препятствие, и водитель отключил двигатель и включил тормоз. Начиная с этого момента, на автомобиль действует только постоянная сила трения, так как сила тяжести скомпенсирована силой реакции дороги; силой сопротивления воздуха можно пренебречь. Через некоторое время автомобиль, пройдя расстояние l – так называемый тормозной путь, остановится. Найдём время, нужное для остановки и тормозной путь.

Под действием силы трения hello_html_m9b694ba.gif автомобиль будет двигаться с ускорением

hello_html_m59efa550.gif.

Направим координатную ось Х вдоль направления движения автомобиля. Сила трения и, вызванное ею ускорение, направлены в сторону, противоположную оси. Поэтому проекции этих векторов на ось Х отрицательны, а по модулю равны модулям самих векторов. Следовательно, hello_html_6169fb14.gif

Но hello_html_m44ec8350.gif, где vxи v — проекции ускорения векторов hello_html_m62af9616.gif и hello_html_d346b0d.gif на ось Х. Обе проекции положительны, т. е. v=v0. Отсюда hello_html_5878a499.gif

Нас интересует время t от начала торможения (когда скорость автомобиля v = v0) до остановки, когда его скорость равна нулю. Поэтому можно написать hello_html_m21224cb1.gif и hello_html_m6ef9b305.gif. Отсюда hello_html_c5dc9e0.gif

Найдём теперь тормозной путь l. Тормозной путь – это модуль проекций на ось Х, вектора перемещения автомобиля за время торможения. Чтобы его вычислить воспользуемся формулой: hello_html_m19d30fbb.gif.

Но проще использовать формулу:

hello_html_m6ce63fca.gif

В нашем случае hello_html_m3c563f42.gif, поэтому hello_html_346ab23a.gif

Таким образом, пройденный до остановки путь пропорционален квадрату начальной скорости. Если увеличить скорость поезда вдвое потребуется вчетверо больший путь до остановки. Это следует знать и помнить машинистам поездов, водителям автомашин и вообще всем кто управляет транспортными средствами. Об этом нужно помнить и пешеходам, пересекающим оживленную улицу: для остановки движущихся тел нужны время и пространство.

Исследовательская работа:

Исследования проводили с помощью легкового автомобиля марки «CYEVRLET AVEO» моего отца с двумя пассажирами и грузом, от скорости 10 км/час до 80 км/час. Около столба начинали торможение и с помощью рулетки и секундомера измеряли путь до полной остановки и время торможения. Эксперимент проводили два раза при сухой и солнечной погоде в октябре и холодной и ветреной в ноябре 2014 года, используя в качестве полигона дорогу за городом (при этом соблюдали правила дорожного движения).

Результаты измерения и расчёты представлены в таблицах и графиках.

Тормозной путь и время торможения автомобиля при движении по скользкой дороге в холодную ветреную погоду

скорость

Тормозной путь, м

Время торможения, с

Коэф-т трения

0.7

Км/ч

м/с

пустой

гружёный

пустой

гружёный

30

8,33

4,9

6,3

1,2

1,5

40

11,11

8,76

11.0

1,6

2,0

50

13,89

13,6

17,5

2,0

2,5

60

16,67

19,7

25,0

2,4

3,0

70

19,44

30,0

34,0

2,8

3,5

80

22,22

35,0

45.0

3,2

4,0

hello_html_1f38fcd2.gif

hello_html_4e45478e.gif

Тормозной путь и время торможения автомобиля при движении по сухой дороге

скорость

Тормозной путь, м

Время торможения, с

Коэф-т трения

0.7

Км/ч

м/с

пустой

гружёный

пустой

гружёный

30

8,33

4,7

6,0

1,0

1,5

40

11,11

8,4

10,8

1,5

2,0

50

13,89

13,0

16,8

1,9

2,4

60

16,67

19,0

24,0

2,3

3,0

70

19,44

25,7

33,0

2,6

3,4

80

22,22

33,6

43,0

3,0

3,8

hello_html_13c77ca1.gif

hello_html_4c08781a.gif

Исследования показали, что при движении автомобиля по сухой и по скользкой дороге тормозной путь и время торможения зависят от начальной скорости, причём тормозной путь прямо пропорционален квадрату начальной скорости, а время торможения её первой степени. При гололеде коэффициент трения резины по асфальту уменьшается, тормозной пусть и время торможения увеличиваются. Тормозной путь и время торможения гружёного автомобиля больше, особенно зимой.

Итоги эксперимента: (из-за неточности измерений графики могут быть незначительно искажены)

  1. Если увеличить скорость автомобиля в два раза, тормозной путь увеличится в четыре раза.

  2. Чем больше масса автомобиля, тем время торможения и тормозной путь больше.

  3. Для остановки транспорта требуется время и пространство.

  4. Чем больше масса автомобиля, тем труднее изменить скорость автомобиля.

Заключение.

После наших исследований, анализируя данные ГИБДД, мы делаем следующие предложения:

  1. Так как тормозной путь прямо пропорционален квадрату начальной скорости, а время торможения её первой степени, то если увеличить скорость автомобиля вдвое, то потребуется вчетверо больше путь до остановки автомобиля, т.е. тормозной путь увеличится в 4 раза, а время торможения увеличится в 2 раза.

Нужно сделать принудительное ограничение скорости, на дорожных знаках, на которых указаны предельные ограничения скорости, должны быть установлены радиопередатчики, посылающие сигнал компьютеру, проезжающей машины (уже сейчас многие машины снабжены компьютерами, а через несколько лет их будут иметь все) он автоматически снизит скорость до указанного значения.

  1. Ограничитель скорости встраивается в сам автомобильный компьютер, в памяти которого есть карта России, Белгородской области, где на всех участках дорог нанесены соответствующие им предельные скорости. В случаях изменения этих значений скорости из-за погодных условий, например при гололеде или в тумане на компьютер со спутника глобальной системы позиционирования поступят необходимые данные об этом.

  2. Пешеходные дорожки снабдить электрическими лампочками, которые вмонтированы в обозначенные пешеходные полосы.

  3. На детской одежде предусмотреть светящиеся рисунки, которые далеко видны, так как ДТП чаще происходят в тёмное время.

  4. Увеличить величину штрафа за вождение автомобиля в нетрезвом состоянии.

Литература.

  1. А.С.Енохович «Справочник по физике и технике». М: Просвещение, 1983.

  2. Г.А. Розман «Существует ли релятивистская масса?» 1994 журнал «Физика в школе» № 4.

  3. И.К. Кикоин, А.К. Кикоин «Физика – 9». М: Просвещение 1994

  4. А. Тренин, В.Никеров «Готовимся к экзамену по физике» М.: Рольф 1999

  5. Н.И. Карякин и др. Краткий справочник по физике. М: «Высшая школа», 1994

  6. Детская энциклопедия по физике. Москва, 2007

Интегрированный урок (физика, математика) «Тормозной путь. Безопасность движения»

Инфоурок › Физика ›Конспекты›Интегрированный урок (физика, математика) «Тормозной путь. Безопасность движения»

Курс повышения квалификации

Курс повышения квалификации

Курс повышения квалификации

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое

Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс

Выберите учебник: Все учебники

Выберите тему: Все темы

также Вы можете выбрать тип материала:

loading

Общая информация

Номер материала: 542882

Похожие материалы

Оставьте свой комментарий

Как рассчитать тормозной путь физика

Путь реакции

Путь реакции это расстояние, которое автомобиль успел проехать с того момента, как вы заметили опасность, до того момента, как вы начали тормозить или поворачивать.

Путь реакции зависит от:
  • Скорости автомобиля. Путь реакции прямо пропорционален скорости: в 2 раза больше скорость = в 2 раза больше путь реакции.
  • Времени реакции. Нормальное время реакции человека составляет 0.5 — 2 сек. На время реакции оказывают влияние опыт, возраст, состояние водителя и многие внешние факторы. Обычно лучшее время реакции у опытных водителей, в возрасте 45 — 54 года.
Путь реакции можно существенно сократить, если вы:
  • Предвидите опасную ситуацию.
  • Внимательно следите за дорогой и готовы к действиям.
Путь реакции может существенно увеличиться, если
  • водителю приходится делать выбор между действиями (например, между торможением и поворотом)
  • водитель находится под воздействием алкоголя, наркотиков или лекарств
  • водитель устал
Расчет пути реакции

Допустим, автомобиль движется со скоростью 50 км/час и время реакции составляет 1.5 секунды.

  • Переводим км/час в м/с. 50 + 10 % = 55
    55 / 4 = 13.75 м/с
  • Умножаем скорость (в м/с) на время (в сек.) получаем пройденный путь. 13.75 * 1.5 путь реакции = 20.625 метра.

Тормозной путь

Тормозным путем называется расстояние, которое проезжает автомобиль с момента начала торможения и до полной остановки.

Тормозной путь зависит от:
  • скорости автомобиля, рост квадратичный, в 2 раза больше скорость => в 4 раза больше тормозной путь. в 3 раза увеличивается скорость => в 9 раз возрастает тормозной путь.
  • состояния дороги, играют роль уклон, состояние дорожного покрытия, сухая дорога или мокрая и пр.
  • массы автомобиля, у груженого автомобиля тормозной путь больше.
  • колес и тормозов, состояние тормозной системы, количество колес, качество протектора, наличие дополнительных систем торможения и пр.
Расчет тормозного пути

Очень трудно расчитать тормозной путь для абстрактного автомобиля. Обычно большинство задач сводится к тому, что зная тормозной путь на одной скорости, необходимо вычислить его для другой скорости. Зная, что зависимость квардратичная, это достаточно просто. Тем не менее есть некоторые цифры, которые можно брать за основу.

Считается, что средний автомобиль на хорошей сухой дороге, двигаясь со скоростью 10 км/час, имеет тормозной путь 0.4 метра. Соответственно, для скорости 20 км/час он составит 1.6 метра, 30 км/час — 3.6 метра, 50 км/час — 10 метров.

Более точные цифры можно получить, воспользовавшись формулой S = V² / (250 * k), в которой S это тормозной путь, V — скорость автомобиля в км/час, k — коэффициент трения колес по асфальту (0.8 для сухой дороги — 0.1 для льда). Формула дает результат для скорости 50 км/час — 12.5 метров.

Остановочный путь

Остановочный путь есть сумма пути реакции и тормозного пути. Задачи по вычислению остановочного пути сводятся к вычислениям пути реакции и тормозного пути.

Обычно в экзаменационных вопросах разница между вариантами ответов достаточно существенна. Вам не нужно вычислять подобные цифры с точностью до знака после запятой. Если приближенное вычисление показывает ответ «12», То, как правило, этого достаточно, если вам необходимо выбрать между вариантами ответов «5», «10» и «20».

Калькулятор тормозного пути позволит оценить тормозной путь автомобиля, движущегося с заданной скоростью. Для использования укажите тип дорожного покрытия, на котором тормозит автомобиль и скорость, при которой начинается торможение. Калькулятор рассчитает сколько метров пройдет автомобиль при торможении.

Калькулятор тормозного пути

Формула тормозного пути

Формула для нахождения тормозного пути

Формула для нахождения тормозного пути применяется в подразделениях ГИБДД. Именно она используется в нашем калькуляторе. В этой формуле:

S — тормозной путь,

Кт — тормозной коэффициент (для легкового автомобиля равен 1),

V — скорость автомобиля,

Kсц — коэффициент сцепления.

Понятия и пояснения

Тормозной путь — это путь, который проходит автомобиль с момента, когда сработал тормозной механизм до полной остановки автомобиля. На него влияют:

  • состояние и тип дорожного покрытия,
  • состояние шин автомобиля,
  • начальная скорость автомобиля,
  • масса автомобиля,
  • исправность тормозной системы.

Остановочный путь — путь с момента обнаружения опасности до полной остановки автомобиля. Понятно, что тормозной путь входит в остановочный. Кроме того в остановочный путь входят:

  1. путь, который проехал автомобиль с момента обнаружения опасности до нажатия на педаль тормоза;
  2. путь, пройденный автомобилем за время срабатывания тормозной системы.

Первый параметр зависит от множества факторов, определяющим из которых является времени реакции водителя. По результатам многочисленных экспериментов, оно может меняться от 0,3 до 1,5 секунды. В среднем можно считать время реакции водителя равное 1 секунде. Кроме этого существует понятие «нормативное время восприятия сложной ситуации» равное 0,8 секунды. Также установлено, что время реакции у женщин, при возникновении сложной дорожной ситуации может достигать 2,5-3 секунд, тогда как у мужчин 1,5-2 секунды. Кроме этого на время реакции влияет:

  • опыт водителя,
  • его эмоциональное состояние,
  • возраст,
  • время суток и погодные условия,
  • прием медикаментов,
  • состояние алкогольного или иного опьянения,
  • место возникновения опасной ситуации.

Время срабатывания тормозной системы зависит от ее типа и технического состояния. Тормозная система с гидравлическим приводом срабатывает за 0,2 – 0,3 секунды, с пневматическим за 0,5 –0,6 секунд.

4.1 Определение остановочного времени автомобиля с полной нагрузкой и без нагрузки

Остановочное время автомобиля определяется по следующей формуле:

(4.1)

где – время реакции водителя, с;

– время срабатывания тормозной системы, с;

– время нарастания замедления, с;

kэ – коэффициент эффективности торможения;

V– скорость автомобиля непосредственно перед началом торможения, м/с;

– коэффициент сцепления колес автомобиля с поверхностью дороги;

g– ускорение свободного падения;

принимаем равным 0,8 с;

для автомобилей с гидравлическим приводом тормозов 0,2 – 0,3 с, для автомобилей с пневматическим приводом тормозов 0,6 – 0,8 с;

рассчитывается по формуле:

(4.2)

где G– вес автомобиля с данной нагрузкой, Н;

b– расстояние от задней оси автомобиля до центра тяжести, м;

hц– расстояние от центра тяжести автомобиля до поверхности дороги, м;

k1–скорость нарастания тормозных сил, кН/с;

L– база автомобиля, принимаем 3,77м.

Расстояние от задней оси автомобиля до центра тяжести рассчитывается по формуле:

(4.3)

где М1 – масса автомобиля, приходящаяся на переднюю ось, кг;

М– масса всего автомобиля с данной нагрузкой, кг;

k1 выбирается в зависимости от типа тормозной системы:

для автомобилей с гидравлическим приводом тормозов k1 = 15 – 30 кН/с;

kэ выбирается в зависимости от типа автомобиля и его весового состояния из следующей таблицы.

Таблица 4.1 — Значения коэффициентов эффективности торможения

Коэффициент эффективности торможения kэ

Физика, стоящая за остановкой автомобиля

Тормозной путь

Вопрос: если автомобилю, движущемуся со скоростью 20 миль в час (миль / ч), требуется 20 футов для остановки, какое расстояние требуется для скорости 40 миль в час?

  1. 10 футов.
  2. 20 футов.
  3. 40 футов.
  4. 80 футов.

Ответ, который удивляет почти всех: (г) 80 футов (на сухом, ровном асфальте и пренебрегая дистанцией реакции водителя).2 \ end {уравнение} Куда:

  • $ E_k $ = Кинетическая энергия, джоули
  • $ m $ = Масса, килограммы
  • $ v $ = Скорость, м / сек

Оказывается, тормозной путь автомобиля пропорционален его кинетической энергии. Энергия рассеивается в виде тепла в тормозах, шинах и на дорожном покрытии — для большего количества энергии требуется больший тормозной путь.Это объясняет, почему тормозной путь увеличивается как квадрат скорости автомобиля .

Уравнение тормозного пути

Мы можем использовать идею кинетической энергии и знание времени реакции водителя, чтобы написать уравнение, которое предсказывает тормозной путь автомобиля («тормозной» путь — это сумма реакции и тормозного пути). Вот каноническая форма уравнения:

\ begin {уравнение} d = r v \ frac {10} {36} + \ frac {v ^ 2} {b} \ end {уравнение} Куда:
  • $ d $ = Общий тормозной путь (реакция + торможение), метров.
  • $ v $ = Скорость автомобиля, км / час.
  • $ r $ = Время реакции водителя, секунды.
  • $ b $ = Коэффициент коэффициента торможения.
Ноты:
  • Левая часть уравнения ($ r v \ frac {10} {36} $) преобразует время реакции водителя в расстояние, пройденное за это время.
  • Правая часть уравнения ($ \ frac {v ^ 2} {b} $) вычисляет тормозной путь, применяя коэффициент коэффициента торможения ($ b $) к квадрату скорости автомобиля.Предполагая, что покрытие сухое и ровное, типичное значение для $ b $ будет 170, но это эмпирический фактор — он получен из полевых измерений.
  • Это уравнение можно переписать для неметрических единиц измерения, но проще и надежнее преобразовать его аргументы и результаты в / из метрических единиц:
    • Чтобы преобразовать входные скорости из миль в час (MPH) в KPH, умножьте на 1,609344.
    • Чтобы преобразовать выходные расстояния из метров в футы, умножьте на 3.2} {b} $).

Таблицы тормозного пути

Вот таблицы типичных значений, полученные с использованием приведенного выше уравнения, которые полностью согласуются с данными, опубликованными организациями общественной безопасности.

  • Метрические единицы: (KPH, метры):

  • Британские единицы (миль в час, футы):

В этих таблицах предполагается сухое ровное покрытие и время реакции водителя 1.5 секунд. Оказывается, что в широких пределах и из-за физики трения шин размер шин и их нагрузка (исходя из массы транспортного средства) существенно не меняют результат для большинства транспортных средств (подробности ниже в разделе «Распространенные заблуждения» ), поэтому приведенные выше таблицы обеспечивают достаточно точные прогнозы тормозного пути, но приведенное ранее уравнение является более гибким и полезным, чем эти таблицы.

Калькулятор

Этот калькулятор предоставляет результаты для введенных пользователем значений скорости, времени реакции водителя и коэффициентов торможения.Выберите единицы ввода и вывода и введите значения в этих единицах.

Распространенные заблуждения

Масса автомобиля

Для шин фиксированного размера и в разумных пределах увеличение массы автомобиля не должно увеличивать его тормозной путь. Причина в том, что шины более тяжелого транспортного средства прилагают большее усилие к дороге — эффективность торможения является результатом сочетания площади поверхности и силы.Повышенная инерция более тяжелого транспортного средства уравновешивается его увеличенной поверхностной силой.

Площадь поверхности шины

На первый взгляд, можно подумать, что увеличение размера и площади поверхности контакта шины с дорогой должно улучшить ее тормозные характеристики — в конце концов, больше резины контактирует с дорогой. Но, как оказалось, для данной массы транспортного средства каждый квадратный метр поверхности большей шины давит на дорогу с меньшей силой, и (как объяснено выше) эффективность торможения является результатом комбинации площади поверхности и силы.Вот почему мы не видим гигантских шин на автомобилях заботящихся о безопасности водителей — это просто не работает.

Если двигаться в обратном направлении, если мы сделаем шины слишком маленькими, энергия торможения расплавит их поверхности, снизив их эффективность. Кроме того, небольшие шины имеют тенденцию к более быстрому износу при нормальной эксплуатации, поэтому существует более низкий практический предел размера шин.

Тормозной путь грузовика

Операторы больших грузовиков часто заявляют, что большой грузовик должен иметь больший тормозной путь, потому что для остановки большей массы требуется большее расстояние.Это ложь, и я собираюсь доказать это ниже. Прочитав доказательства, вы поймете, что аргумент о большом тормозном расстоянии не имеет смысла. Поехали:

Представьте себе внедорожник (внедорожник), который весит четыре тонны и имеет четыре шины. Его тормозной путь можно точно спрогнозировать с помощью уравнения тормозного пути, приведенного ранее.

Сравните внедорожник с большим грузовиком, который весит 20 тонн и имеет 20 шин.Может ли этот большой тяжелый грузовик — в пять раз массивнее внедорожника — остановиться на таком же расстоянии? Да так и должно быть — читайте дальше.

А теперь представьте пять четырехтонных внедорожников, едущих близко друг к другу, почти касаясь друг друга. Если все они одновременно задействуют тормоза, каждый внедорожник остановится на том же расстоянии, что и при разделении .

Теперь представьте, что пять внедорожников соединены вместе металлическими стержнями, так что они становятся одним транспортным средством — транспортным средством, которое весит 20 тонн и имеет 20 шин. Что изменилось? Каждый водитель применяет свои тормоза одинаково, поэтому соединенная группа внедорожников останавливается на том же расстоянии, что и отдельные внедорожники, когда они разделены.

Благодаря подключению пять отдельных четырехтонных внедорожников стали автомобилем, который весит 20 тонн, имеет 20 шин и остановок на том же расстоянии, что и один внедорожник .

Q.E.D. *

Это правда, что в сегодняшней реальности большие грузовики требуют большего тормозного пути, чем маленькие автомобили, но причина в экономике, а не в физике.В принципе, большие грузовики можно было бы спроектировать так, чтобы они останавливались на том же расстоянии, что и маленькие автомобили, если бы мы хотели платить за инженерные улучшения.

Заключение

Вот основные выводы из этой статьи:

  • Тормозной путь автомобиля увеличивается пропорционально квадрату его скорости (без учета времени реакции). В два раза быстрее, в четыре раза больше тормозного пути.
  • Тяжелые автомобили с соответствующими тормозами должны останавливаться на том же расстоянии, что и легковые автомобили , потому что у тяжелых транспортных средств либо больше шин, либо они давят на дорогу с большей силой.

Обычно незнание физики и математики только неудобно, но в случае проблем с остановкой автомобиля это может вас убить.

Отзыв о считывателе

Остановочное расстояние для грузовиков

Спасибо за ваше объяснение характеристик торможения автомобиля.Читать было интересно. Однако я бы хотел опровергнуть ваше утверждение, что «большие грузовики» останавливаются на одном расстоянии с внедорожником. Я с нетерпением жду опровержения, которое понимает и признает лежащую в основе физику. Ваше сравнение: (Сравните внедорожник с большим грузовиком, который весит 20 тонн и имеет 20 шин. Может ли этот большой тяжелый грузовик — в пять раз массивнее внедорожника — остановиться на том же расстоянии? Да, это должно быть так — читайте дальше .)

Грузовой автомобиль для коммерческих перевозок в США (также известный как тягач с прицепом) — это транспортное средство с общей максимальной полной массой 80 000 фунтов.Обычно они загружены до 50 000 — 70 000 фунтов полной массы. Существуют специальные разрешения, которые могут быть получены для превышения этого веса с неизмененным оборудованием. Грузовик и прицеп могут сильно отличаться по весу. Тормозные системы обычно настраиваются на максимальную эффективность при среднем значении. Кроме того, в своем утверждении вы указываете, что у коммерческого грузовика 20 шин на земле. Фактически, у большинства их всего 18.

Да, и каждая из этих 18 шин давит на тротуар с пропорционально большей силой, чем одна с 20 шинами, поэтому, если у грузовика есть соответствующие тормоза, тормозной путь будет таким же.Если грузовик загружен легким или пустым, грузовик будет легче терять сцепление с дорогой и вызывать остановку на увеличенном расстоянии. Подождите … так вы говорите, что если грузовик слегка загружен, ему потребуется больше тормозного пути, а не меньше? Наверняка вы видите противоречие в своем аргументе: если грузовик сильно загружен, для остановки требуется большее расстояние, но если он загружен слабо, для остановки также требуется большее расстояние? Если грузовик загружен тяжелее, чем установленный уровень, для рассеивания большей энергии потребуется больше времени.Нет, более высокая кинетическая энергия рассеивается на том же расстоянии, потому что давление шины на асфальт пропорционально больше — больше тепла выделяется на пути грузовика, но тормозной путь остается прежним. Все проявляется в физике: если тормозная система спроектирована должным образом и шины не плавятся при высоких нагрузках, тормозной путь на сухом ровном покрытии будет таким же. В своей статье я подчеркиваю это с некоторым количеством N внедорожников, но, если вы предпочитаете, я могу добавить внедорожники, чтобы они равнялись массе любого вообразимого грузовика с любым количеством колес.

Вывод: если вы увеличиваете массу автомобиля с тем же количеством шин, каждая шина давит на дорогу с большей силой, поэтому тормозной путь остается прежним. Если вы уменьшите массу автомобиля, шины будут давить с меньшей силой, поэтому тормозной путь останется прежним. Чтобы узнать о физических и математических основах, см. Мой список литературы внизу этого сообщения.

Итак, сравнение автомобилей — это не яблоки с яблоками. Если бы вы поняли ключевые моменты в моей статье, вы бы поняли, что для правильно спроектированных тормозов, шин соответствующего размера и одинаковой поверхности всем транспортным средствам требуется одинаковый тормозной путь.По сути, ваши 5 внедорожников будут буксировать один лишний внедорожник без пары колес и пытаться остановиться на том же расстоянии. Подумайте о том, что вы говорите. Если я удвою количество внедорожников в моем примере, тормозной путь останется прежним. Если вместо этого я загружаю каждый внедорожник большей массой, их шины давят на тротуар с большей силой, поэтому они останавливаются на том же расстоянии.

Ссылка: Зависит ли тормозной путь автомобиля от веса автомобиля? (ResearchGate)

Цитата: «Приведенное выше уравнение показывает, что тормозной путь не зависит от массы транспортного средства.«

Ссылка: остановочный путь для авто (HyperPhysics)

Цитата:« Обратите внимание, что это [уравнение] подразумевает тормозной путь, не зависящий от массы автомобиля ».

И так далее, для сотен ссылок. Конечно, вы не думаете Я придумал это, не так ли? Это было бы невероятно безответственно, и меня могли бы привлечь к ответственности за последствия.

Надеюсь, это поможет, и спасибо за письмо.

Тормозной путь транспортного средства в условиях занятости

Спасибо за столь четкое объяснение тормозного пути.Это обязательно проинформирует о моем письме.

Известны ли общие дополнительные факторы, которые будут учитываться в случае дождя или снега во время вождения? Конечно, существует большое количество переменных, которые нельзя легко свести в таблицу вне условий тестирования. Я пытаюсь выяснить, можно ли предложить общую максиму, касающуюся остановки в определенных условиях.

Пример — если обычному автомобилю на чистом, ровном и сухом асфальте требуется около 200 футов, чтобы остановить при средней мощности торможения, можем ли мы установить следствие, которое обычно описывает тормозной путь для других условий, таких как «Из-за переменных XYZ, движение по влажных условиях требует 1.В 8 раз больше тормозного пути, чем на сухом?

Надежно этого сделать нельзя. Рассмотрим переменные:

  • Пресловутая комбинация гравийной поверхности и антиблокировочной системы тормозов, последняя из которых будет скользить по гравию и почти не применять тормозного усилия, ошибочно рассчитывая, что сцепление было потеряно. Чтобы поверить в эту комбинацию факторов, необходимо испытать ее.
  • Дожди первого сезона, выпавшие на тротуар, покрытые за весь сезон скоплением нефти из-за прошлых пробок.
  • Новый снег поверх слоя старого снега. Когда это происходит на крутых склонах, это приводит к сходу лавин. Когда это происходит на дорогах, это приводит к ложному чувству безопасности, потому что верхний слой снега выглядит свежим и податливым, но скрывает под ним гладкую поверхность.
  • Черный лед, очень опасный и часто появляющийся, когда температура воздуха значительно выше нуля, потому что тротуар излучает тепло прямо в космос, не обращая внимания на температуру окружающего воздуха (в физике излучение намного эффективнее конвекции).
  • Неровные поверхности с пятнами воды и эффектами аквапланирования.

Нет, эти и другие условия означают, что нельзя с уверенностью сказать, какой тормозной путь будет на поверхности, отличной от сухой и ровной.

Тормозной путь на склоне

Благодарим за информацию по механике тормозного пути для среднего автомобиля на «ровном», сухом покрытии, шин среднего состояния и т. Д.Но … как изменится математика / физика, если поверхность не ровная, но имеет уклон? Допустим, 10%. Масса автомобиля не изменилась. А как насчет сил трения? Во-первых, для уклона s , выраженного в процентах, угол в градусах равен tan -1 ( s /100), поэтому для уклона 10% это 5,71 градуса — назовите это θ.

Вертикальная составляющая массы (которая воздействует на шины и поверхность дороги) составляет в среднем м cos (θ) ( м = масса транспортного средства), поэтому для случая уклона 10% эффективная масса трения равна 99.5% от уровня масс. Но инерционная масса транспортного средства (работающая на предотвращение изменения скорости) остается прежней. Поэтому у нас уже есть фактор в вертикальном измерении, который работает против эффективной остановки.

К этому добавляется эффект наклона. Сила, пропорциональная м sin (θ), добавляется или вычитается из сил, действующих на транспортное средство и его шины. Для 5,71 градуса это примерно равно 0,1 м . Таким образом, для движения под уклон эффективный тормозной путь только за счет этого фактора увеличивается на 10%.Подчеркну, что этот фактор не может быть оценен независимо от предшествующего фактора («вертикальной составляющей»), который снижает эффективную тормозную массу транспортного средства, но без изменения его инерционной массы.

Более формально, для промежуточных углов от нуля до 90 градусов математика становится очень сложной, поскольку она также зависит от поведения подвески автомобиля и его центра масс. Приведенные выше уравнения применимы только — и только приблизительно — для углов, близких к нулю.

Все вышеперечисленное становится практически неосуществимым, если мы попытаемся вычислить специфическое воздействие на четыре отдельные шины для транспортного средства с высоким центром масс (шины, расположенные ближе к центру масс, получают большую нагрузку, а те, которые находятся дальше от центра масс, — Меньше).

В крайнем случае, если транспортное средство находится в свободном падении (в вакууме), нет никаких вымышленных сил, поэтому в этот момент они полностью удаляются из уравнения, верно? Да.В этот момент это классический падающий объект по баллистической траектории, без тормозной силы. Интересно, что в среде с меньшим гравитационным ускорением, такой как Луна, массы легче поднимать против силы тяжести, но они имеют ту же инерцию, поэтому для того, чтобы заставить объект двигаться (применяя ускорение) по ровной поверхности без трения, требуется такое же количество силы. как на земле. Астронавтам Аполлона было на удивление трудно приспособиться к гораздо меньшей гравитационной массе, но такой же инертной массе — некоторые просто падали.Итак, как изменится физика при наклоне 10%? Как указано выше. Таким образом, простого ответа нет. После вычисления вышеуказанного тестового примера я не стал бы думать об этом окончательно. Представьте себе тяжелый автомобиль или автомобиль, который наклоняется в сторону, а также поднимается или спускается с горы — это помешает какой-либо реалистичной предварительной оценке тормозного пути.

Тормозной путь без тормозов

На скорости 300 миль в час, сколько времени потребуется, чтобы остановиться без тормозов? Я подумываю построить полосу сопротивления на 1/4 мили, которая сможет безопасно выдерживать любую скорость, поэтому я пытаюсь без тормозов вычислить расстояние, которое нужно будет остановить на скорости 300 миль в час.Без тормозов? Вы упустили важную информацию. Если я предположу идеальный автомобиль, с нейтральной трансмиссией, с идеальными подшипниками и гоночной трассой на Луне (или где-нибудь еще без сопротивления воздуха), никогда не остановится . Это , никогда не , jamais, noch nie, numquam . Это будет продолжаться вечно.

Вы должны понимать, что движущийся автомобиль обладает кинетической энергией, и для того, чтобы автомобиль замедлился, эта энергия должна быть преобразована в другую форму.Сопротивление ветра — это один источник рассеивания энергии, тормоза — другой. Добавьте несовершенные подшипники, сопротивление качению шин и многое другое.

Но, не зная, будет ли рассеиваться энергия движения автомобиля или где, нельзя дать никаких оценок. Без потерь энергии, согласно Первому закону Ньютона: «Объект будет оставаться в покое или в равномерном движении по прямой линии, если на него не действует внешняя сила».

Большое спасибо. Пожалуйста.
.

GCSE Forces | Пересмотрите трение и сопротивление при торможении

В этом тесте по физике GCSE рассматриваются силы и торможение. Понимание тормозных сил — важная часть умения управлять автомобилем. Знание того, как далеко вам придется остановиться, важно не только для вас, но и для безопасности других участников дорожного движения.

Прежде чем рассматривать тормозную силу, действующую на транспортное средство, необходимо понять, какие силы действуют на транспортное средство. Движущая сила исходит от двигателя, и он движется вперед.Вес создается за счет силы тяжести, действующей на массу транспортного средства, удерживая его на земле. Сила противодействия действует в направлении, противоположном весу. Противодействуют движущей силе две силы: трение с дорогой и сопротивление воздуха. Сопротивление воздуха намного больше, чем трение о дорогу, когда автомобиль находится в движении.

Когда автомобиль находится в покое, все силы, действующие на него, уравновешиваются. Когда водитель запускает двигатель и включает передачи, движущая сила передается на ведущие колеса.Силы теперь неуравновешены, и автомобиль движется вперед (или назад, если, конечно, включена задняя передача !!). После этого автомобиль разгонится. По мере того, как транспортное средство набирает скорость, сопротивление воздуха увеличивается, и когда оно становится той же величины, что и движущая сила, транспортное средство больше не будет ускоряться, поскольку силы снова уравновешиваются. Если водитель снимает ногу с педали акселератора, движущая сила уменьшается, и автомобиль замедляется, пока не наступит момент, когда сопротивление воздуха снова уравновесит движущую силу.

Полагаться на сопротивление воздуха для замедления транспортного средства можно только в том случае, если вы хотите регулировать скорость медленно, поэтому транспортные средства оснащены тормозными системами. Тормозная сила действует противоположно движущей силе и сама по себе намного превышает сопротивление воздуха, а это означает, что водитель может остановить свой автомобиль намного быстрее.

Расстояние, необходимое для остановки автомобиля или любого другого транспортного средства, зависит от двух факторов — расстояния, на которое способен мыслить водитель, и тормозного пути.Они оба зависят от скорости, с которой движется автомобиль. Если автомобиль движется с низкой скоростью, оба они короче, но они значительно увеличиваются, если автомобиль движется с большей скоростью.

Водителю требуется всего лишь доля секунды, чтобы отреагировать на ситуацию и задействовать тормоза, но в течение этого периода времени автомобиль все еще движется со скоростью. Чем быстрее он движется, тем дальше он проедет — это называется расстоянием мышления, и оно у каждого водителя разное.Для отдельного водителя с определенной скоростью время реакции и, следовательно, расстояние мышления увеличивается с усталостью, если он употреблял алкогольные напитки, принимал наркотики или отвлекался, например, слушая громкую музыку или разговаривая по мобильному телефону.

После того, как водитель отреагировал и нажал на педаль тормоза, расстояние, необходимое для его остановки, зависит не только от скорости транспортного средства, но и от того, насколько сильно тормоза задействованы, состояния тормозов и состояния шин. , погодные условия и состояние дорожного покрытия.

.

Физика превышения скорости машин

Может показаться, что это не так уж и много, но движение даже на несколько километров в час с превышением допустимой скорости значительно увеличивает риск аварии.

Многие из нас немного жульничают за рулем. Мы полагаем, что, хотя ограничение скорости составляет 60 км / ч, полиция не остановит нас, если мы сядем на 65. Так что мы с радостью позволим спидометру зависнуть чуть выше ограничения скорости, не подозревая, что тем самым мы значительно увеличиваем наши шансы. сбоя.

Используя данные реальных дорожных аварий, ученые из Университета Аделаиды оценили относительный риск попадания автомобиля в аварию с несчастным случаем — автокатастрофу, в которой люди погибают или госпитализируются — для автомобилей, движущихся со скоростью 60 км / ч и выше.Они обнаружили, что риск примерно удваивается на каждые 5 км / ч выше 60 км / ч. Таким образом, у автомобиля, движущегося со скоростью 65 км / ч, вероятность попасть в аварию с несчастным случаем в два раза выше, чем у автомобиля, движущегося со скоростью 60 км / ч. Для автомобиля, движущегося со скоростью 70 км / ч, риск увеличился в четыре раза. При скорости ниже 60 км / ч вероятность аварии со смертельным исходом соответственно снижается.

Калькулятор тормозного пути

Небольшие условия могут существенно повлиять на время, необходимое для остановки автомобиля, например, скорость на несколько км / ч медленнее или бдительность на дороге.

Интерактивный

метра
проехал до остановки

метра
проехал до полного включения тормозов

метра пройдено до остановки

метра пройденного пути до полного торможения

Физика, которая движет вами

Время реакции

Одной из причин повышенного риска является время реакции — время, которое проходит между ощущением опасности и реакцией на нее.Рассмотрим этот пример. По одной дороге едут две машины равного веса и тормозной способности. Автомобиль 1, движущийся со скоростью 65 км / ч, обгоняет автомобиль 2, который движется со скоростью 60 км / ч. Ребенок на велосипеде — назовем его Сэм — появляется с подъездной дорожки, когда две машины стоят рядом. Оба водителя видят ребенка одновременно, и обоим требуется 1,5 секунды, прежде чем они полностью нажмут на тормоз. За эти несколько мгновений Автомобиль 1 проходит 27,1 метра, а Автомобиль 2 — 25,0 метра.

Разница в 2.1 метр может показаться относительно небольшим, но в сочетании с другими факторами он может означать разницу между жизнью и смертью для Сэма.

Цифра 1,5 секунды — время реакции среднестатистических водителей. Водителю, который отвлекается, например, слушает громкую музыку, пользуется мобильным телефоном или находится в состоянии алкогольного опьянения, может потребоваться до 3 секунд, чтобы отреагировать.

Тормозной путь

Тормозной путь (расстояние, которое проходит автомобиль до остановки при включении тормозов) зависит от ряда переменных.Уклон или уклон дороги важны — автомобиль будет останавливаться быстрее, если он едет в гору, потому что сила тяжести поможет. Сопротивление трения между дорогой и шинами автомобиля также важно — автомобиль с новыми шинами на сухой дороге будет менее подвержен заносу и будет останавливаться быстрее, чем автомобиль с изношенными шинами на мокрой дороге. Если уклон и сопротивление трению равны, фактор, который имеет наибольшее влияние на тормозной путь, — это начальная скорость.

Формула, используемая для расчета тормозного пути, может быть получена из общего уравнения физики:

$$ V_ {f} ^ {2} = V_ {0} ^ {2} — 2ad $$

, где V f — конечная скорость, V 0 — начальная скорость, a — скорость замедления и d — расстояние, пройденное во время замедления.{2} / 2a $$

Отсюда видно, что тормозной путь пропорционален квадрату скорости — это означает, что он значительно увеличивается с увеличением скорости. Если мы предположим, что a составляет 10 метров в секунду в секунду, и предположим, что дорога ровная и тормозные системы двух автомобилей одинаково эффективны, теперь мы можем рассчитать тормозной путь для автомобилей 1 и 2 в нашем примере. Для вагона 1 d = 16,3 метра, а для вагона 2 d = 13,9 метра.

Если прибавить расстояние реакции к тормозному пути, то тормозной путь для Автомобиля 1 равен 27.1 + 16,3 = 43,4 метра. Для автомобиля 2 тормозной путь составляет 25 + 13,9 = 38,9 метра. Таким образом, вагон 1 останавливается на 4,5 метра больше, чем вагон 2, что на 12% больше.

Теперь мы можем понять, почему машина 1 с большей вероятностью, чем машина 2, поразит Сэма. Если Сэм окажется в 40 метрах от машин, когда его увидят водители, машина 2 остановится как раз вовремя. Автомобиль №1, однако, врежется прямо в него. Переписав первое уравнение, мы можем вычислить скорость, с которой происходит столкновение:

$$ V_ {f} = \ sqrt {V_ {0} ^ {2} — 2ad} = 8.2 \ mbox {} метров \ mbox {} за \ mbox {} секунду $$

(где d = 40 метров минус расстояние реакции 27,1 метра = 12,9 метра).

Таким образом, удар происходит со скоростью около 30 км / час, вероятно, достаточно быстро, чтобы убить Сэма. Если бы начальная скорость автомобиля составляла 70 км / час, скорость удара была бы 45 км / час, более чем достаточно, чтобы убить.

Эти расчеты предполагают, что у водителя среднее время реакции. Если водитель отвлечен и у него время реакции больше среднего, то он или она может ударить Сэма, даже не нажав на тормоза.

Столкновение с пешеходом

Поскольку пешеход, Сэм, намного легче машины, он мало влияет на ее скорость. Автомобиль, однако, очень быстро увеличивает скорость Сэма от нуля до скорости удара транспортного средства. На это уходит примерно время, за которое машина преодолевает расстояние, равное толщине Сэма, — около 20 сантиметров. Скорость удара Автомобиля 1 в нашем примере составляет около 8,2 метра в секунду, поэтому удар длится всего около 0,024 секунды.За это короткое время Сэм должен разогнаться со скоростью около 320 метров в секунду в секунду. Если Сэм весит 50 килограммов, то требуемая сила является произведением его массы и его ускорения — около 16 000 ньютонов или около 1,6 тонны веса.

Поскольку сила удара, воздействующая на Сэма, зависит от скорости удара, деленной на время удара, она увеличивается как квадрат скорости удара. Скорость удара, как мы видели выше, быстро увеличивается по мере увеличения скорости движения, потому что тормоза не могут вовремя остановить автомобиль.

После столкновения пешехода с автомобилем вероятность серьезной травмы или смерти сильно зависит от скорости удара. Снижение скорости удара с 60 до 50 км / час почти вдвое снижает вероятность смерти, но имеет относительно небольшое влияние на вероятность получения травмы, которая остается близкой к 100%. Снижение скорости до 40 км / час, как в школьных зонах, снижает вероятность смерти в 4 раза по сравнению с 60 км / час, и, конечно же, вероятность столкновения также резко снижается.

Современные автомобили с низким обтекаемым капотом более удобны для пешеходов, чем автомобили с вертикальной конструкцией, например, в полноприводных автомобилях, поскольку пешеход отбрасывается вверх к лобовому стеклу с соответствующим замедлением удара. Автомобили с упорами особенно недружелюбны по отношению к пешеходам и другим транспортным средствам, поскольку они предназначены для защиты своих пассажиров, не обращая внимания на других.

Удар по крупному объекту

Если вместо того, чтобы ударить пешехода, автомобиль ударится о дерево, кирпичную стену или какой-либо другой тяжелый предмет, то вся энергия движения (кинетическая энергия) рассеивается, когда кузов автомобиля сгибается и разбивается.{2} $$

она увеличивается как квадрат скорости удара. Вождение очень тяжелого транспортного средства не сильно снижает эффект удара, потому что, несмотря на то, что больше металла для поглощения энергии удара, также требуется больше энергии для поглощения.

Меньше контроля

На более высоких скоростях автомобили становятся более трудными для маневрирования, что частично объясняется Первым законом движения Ньютона. Это означает, что если результирующая сила, действующая на объект, равна нулю, то объект либо останется в состоянии покоя, либо продолжит движение по прямой без изменения скорости.Это сопротивление объекта изменению состояния покоя или движения называется инерция . Это инерция, которая заставит вас двигаться, когда машина, в которой вы находитесь, внезапно останавливается (если вы не пристегнуты ремнем безопасности).

Чтобы противодействовать инерции при движении по повороту дороги, нам нужно приложить силу, которую мы делаем, поворачивая рулевое колесо, чтобы изменить направление колес. Это заставляет автомобиль отклоняться от прямой линии, по которой он движется, и объезжать поворот.Сила между шинами и дорогой увеличивается с увеличением скорости и резкости поворота (Сила = масса × квадрат скорости, деленный на радиус поворота), что увеличивает вероятность неконтролируемого заноса. Высокая скорость также увеличивает вероятность ошибки водителя из-за чрезмерного или недостаточного поворота (поворот рулевого колеса слишком далеко, тем самым «срезая поворот» или недостаточно далеко, чтобы автомобиль ударился о внешнюю обочину дороги).

Убийственная скорость

Все эти факторы показывают, что риск попасть в аварию с несчастным случаем резко возрастает с увеличением скорости.В исследовании Университета Аделаиды, о котором говорилось ранее, это определенно верно для зон, где ограничение скорости составляло 60 км / час: риск удваивался с каждыми 5 км / час превышением ограничения скорости. Соответствующее снижение следует ожидать в зонах с более низкими скоростными режимами.

Вы сами определяете свою скорость, но физика решает, жить вам или умереть. TAC Безопасность дорожного движения, коммерческий

Вывод

Стоит ли рисковать? В нашем гипотетическом случае водитель Автомобиля 2, движущийся с ограничением скорости, сильно испугался бы, но не более того.Водителю Автомобиля 1, двигающемуся всего на 5 километров в час с превышением установленного лимита, не повезло: будь Сэм жив или умер, водитель столкнется с судебным разбирательством, может быть приговорен к тюремному заключению и будет виновен на всю жизнь.

Australian road statistics infographic .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены. Карта сайта