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».

kaminsky.su

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)

wiki.zr.ru

Исследование факторов, влияющих на тормозной путь автомобиля

Краевая открытая научная конференция школьников

Ставропольского края

Секция: физика

Название работы: Исследование факторов, влияющих на тормозной путь автомобиля

Автор работы: Гончаров Антон Владимирович

Место выполнения работы: Кочубеевский р-н,

с. Кочубеевское,

МОУ СОШ №4,

7 класс

Научный руководитель: Крестелева

Елена Юрьевна,

учитель математики-физики

г. Ставрополь, 2015

СОДЕРЖАНИЕ

I. Введение. 3

II. Основная часть.

2.1. Тормозной путь автомобиля. 4

2.2. Проведение и результаты экспериментов. 4

2.3. Расчет тормозного пути по формуле. 6

III. Заключение. Выводы. 7

IV. Список использованной литературы. 8

ВВЕДЕНИЕ

Автомобиль прочно укрепился в образе современного жителя. С каждым годом машина приобретает всё большую значимость в жизни человека. Однако автомобилизация несёт людям не только пользу, с популярностью автотранспорта связаны и острые проблемы, переживаемые человечеством в последние годы, в частности рост дорожно-транспортных происшествий. Так, в Кочубеевском районе за последние 2 года можно наблюдать большое количество дорожно-транспортных происшествий, в которых пострадали, а в некоторых случаях и погибли люди.

Год

2013

2014

Количество ДТП

71

68

Количество пострадавших

84

71

Количество погибших

8

9

Актуальность темы.

Именно длина тормозного пути часто оказывается решающим фактором в критической ситуации на дороге. Лишний метр, прочерченный покрышками по асфальту, может стоить не только разбитого бампера, но и жизни.

Многие из тех, кто в настоящий момент обучается в школе, в будущем станут водителями или пешеходами, которые обязаны знать, от каких факторов зависит тормозной путь автомобиля. В нашем районе, как и во всей стране, дороги стали объектом повышенной опасности, что приводит к необходимости изучения этого вопроса.

Основная цель данного проекта: исследовать факторы, от которых зависит тормозной путь автомобиля.

Задачи:

1. Изучить литературу по данному вопросу.

2. Выяснить зависимость тормозного пути от скорости и коэффициента сцепления шин с дорогой.

3. Организовать и провести эксперименты, подтверждающие зависимости тормозного пути от скорости и коэффициента сцепления шин с дорогой.

4. Сделать необходимые выводы.

Для достижения поставленных целей над данным проектом я работал по следующим направлениям:

1) Изучение теории тормозного пути;

2) Проведение эксперимента;

3) Выводы

Гипотеза. Тормозной путь зависит от скорости движения и от коэффициента сцепления шин с дорогой.

Практическая значимость состоит в необходимости учитывания в повседневной жизни зависимость тормозного пути от скорости и от коэффициента сцепления шин с дорогой.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Тормозной путь автомобиля.

Чаще всего причиной ДТП является физическое явление инерция — свойство тел сохранять покой или равномерное прямолинейное движение, если внешние воздействия на него отсутствуют или взаимно скомпенсированы.

Торможение — процесс создания искусственного сопротивления движению автомобиля с целью уменьшения его скорости.

Сила трения тормозов заставляет ав­томобиль снижать скорость. Чем сильнее нажимать на тормоз, тем большая площадь тормозных колодок соприкасается с колесами и тем быстрее остановится автомобиль. Но, однако, автомобиль остановить мгновенно нельзя, потому что у всех средств транспорта есть тормозной путь.

Тормозной путь — путь, пройденный автомобилем с начала действия тормозов до его полной остановки.

Далеко не все водители знают, что в зависимости от условий торможения со скорости 60 км/ч остановочный путь может составлять как 25, так и 150 метров. От чего зависит его длина?

Величина тормозного пути зависит от многих факторов, а именно:

1- скорость движения

2- дорожное покрытие (погодные условия)

3 — состояние колес и тормозной системы

4 — способ торможения

Проведение и результаты экспериментов

Мне предстояло организовать и провести эксперименты, в ходе которых можно определить, как зависит тормозной путь автомобиля от скорости движения и дорожного покрытия.

Так как на данный момент у меня нет разрешения на вождение автомобиля, то мне пришлось в качестве движущегося средства взять велосипед и начать исследование тормозного пути велосипеда при различных условиях движения. Результаты данного эксперимента помещены в таблице.

Зависимость тормозного пути велосипеда от скорости движения и дорожного покрытия

Длина тормозного пути

Сухой асфальт

Укатанный снег

Движение на пониженной скорости

0,4 м

1,4 м

Движение на повышенной скорости

1,3 м

4,8 м

По результатам эксперимента можно сделать вывод, что тормозной путь зависит от дорожного покрытия и от скорости движения: чем больше скорость и хуже дорога, тем длиннее тормозной путь.

Для более точного исследования зависимости тормозного пути от скорости движения и дорожного покрытия я использовал интерактивную модель «Калькулятор тормозного пути».

Выбирая последовательно различные виды дорожного покрытия (сухой асфальт, мокрая дорога, укатанный снег, обледенелая дорога), а также скоростной режим (в км/ч), я изучал длину тормозного пути. Полученные данные отражены в таблице.

Зависимость тормозного пути автомобиля от скорости движения и дорожного покрытия

Скоростной режим, км/ч

Дорожное покрытие

Тормозной путь, м

40

сухой асфальт

9

мокрая дорога

16

укатанный снег

31

обледенелая дорога

63

80

сухой асфальт

36

мокрая дорога

63

укатанный снег

126

обледенелая дорога

252

Анализируя данные результаты, я заметил, что при увеличении скорости движения автомобиля в 2 раза, его тормозной путь на одном и том же дорожном покрытии увеличивается в 4 раза!

Расчет тормозного пути по формуле

Обратившись к различным теоретическим источникам для подтверждения полученных фактов, я увидел, что существует несколько формул расчета тормозного пути автомобиля. В их основе лежит второй закон Ньютона.

Основной тормозной путь автомобиля можно определить по формуле:

S = V²о/2gµ,

где:

S — тормозной путь в метрах;

Vо — скорость движения автомобиля в момент начала торможения в м/сек;

g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2;

µ — коэффициент сцепления шин с дорогой.

Коэффициент сцепления шин на различных дорожных покрытиях следующий:

асфальт (сухой) 0.7 — 0.8;

асфальт (мокрый) 0.4 — 0.5;

укатанный снег 0.25 – 0.35;

гололёд 0.1 – 0.2.

Чем хуже дорога, тем ниже будет коэффициент.

Вывод: Тормозной путь прямо пропорционален квадрату скорости движения автомобиля и обратно пропорционален коэффициенту сцепления шин с дорогой.

Приведенная формула годится лишь при одновременном торможении всех колес до «юза».

Результаты проведенных мною экспериментов полностью подтверждаются теорией.

Безопасность автомобиля и водителя с пассажирами на дороге определяющим образом зависит от состояния его колес, а именно от остаточной высоты протектора покрышки. Протектор — та часть колеса, которая контактирует с дорожным покрытием. Именно от параметров и состояния протектора зависит показатель сцепления автомобиля с дорогой и его управляемость при движении, особенно на скользкой дороге.

Следует помнить, что в процессе износа протектора тормозной путь автомобиля будет увеличиваться. Глубина протекторов новых покрышек варьируется от 5 до 17 мм (у внедорожников) . Обычные летние автомобильные шины имеют высоту протектора 7,5–8,5 мм, а зимние 8,5–9,5 мм. Если принять за единицу тормозной путь абсолютно новой покрышки, то при износе на 1 мм протектора покрышки тормозной путь будет увеличиваться приблизительно на 5%. При достижении же критической высоты протектора в 1,6 мм, тормозной путь, в сравнении с новой покрышкой возрастает в 1,6 раза. Например, на новых шинах машины BMV тормозной путь составил 59,5 м, на изношенных до 3 мм — 88,5 м, на почти лысых (1,6 мм) — 115,5 м.

Такой расчет верен для сухой поверхности дороги, для мокрых и скользких поверхностей результаты увеличения тормозного пути будут еще больше в 2,5–3 раза.

Немаловажную роль играет и тормозная система автомобиля. Случается так, что плохо отрегулированная система торможения может стать причиной длинного тормозного пути.

Существует несколько способов торможения: плавное, резкое, прерывистое и ступенчатое. Первый способ применяется в спокойной обстановке. Постепенное увеличение давления на педаль дает плавное замедление автомобиля. При этом получается самый большой тормозной путь. Резкое торможение (сильное нажатие на педаль) практически всегда приводит к блокировке колес и юзу, что в свою очередь влечет к потере управляемости и заносу автомобиля. При прерывистом торможение водитель должен сильно нажать на педаль тормоза практически до блокировки колес, затем отпустить педель. Повторять эти действия до полной остановки. При ступенчатом торможении водитель должен несколько раз нажать на педаль тормоза, при этом каждое последующее нажатие производится с большим усилием, чем предыдущее пока автомобиль не остановиться.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ВЫВОДЫ.

Зачастую покупатели машин смотрят на разгон до 100 км/ч, расход топлива на 100 км. Однако при этом мало кто смотрит на тормозной путь. А зря!

На самом деле торможение куда важнее любых других технических характеристик. Ведь быстро остановиться означает спасти жизнь, автомобиль, бампер, фары. 99 процентов автовладельцев не то что не помнят, иногда даже и не знают о тормозном пути своей машины! Более того, большинство не понимают, насколько много или мало тормозного пути в 30 или 40 метров при остановке со скоростью 100 км/ч.

Любопытно знать, что даже не все сотрудники ГАИ разбираются в длине тормозного пути. Примером тому служат новости с фразами «тормозной путь Ланоса составил 18 метров, при этом скорость была порядка 100 км/ч». Подобные комментарии — абсурдны, так как тормозной путь у этой марки машины, движущейся со скоростью 100 км/ч составляет 31,4 метра.

Нельзя переходить дорогу перед близко идущим транспортом. Об этом следует помнить во избежание ДТП как пешеходам, так и автомобилистам. При движении автомобиля и по сухой летней, и по скользкой зимней дороге тормозной путь и время торможения зависят от скорости движения, причём тормозной путь прямо пропорционален квадрату скорости. Поскольку зимой коэффициент трения резины по асфальту уменьшается, тормозной путь и время торможения увеличиваются. Контроль состояния покрышек автомобиля и их своевременная замена должны стать главными правилами для каждого автомобилиста. Для того чтобы тормоза не стали причиной аварии, необходимо регулярно проходить технический осмотр своего автомобиля.

Многих аварий можно было бы избежать, если бы водители следовали золотому правилу — держи дистанцию. Для остановки транспорта требуется время и пространство.

ВОДИТЕЛЬ, ВНИМАНИЕ! ТОРМОЗИ ЗАРАНЕЕ!

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Физика. 7 кл.:учеб.для общеобразоват. учреждений / А.В. Перышкин

  2. Занимательная физика / Под ред. А. в. Митрофанова

  3. Хочу стать Кулибиным/И.И. Эльшанский.

  4. Иванов А.С., Проказа А.Т. Мир механики и техники: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1993.

  5. http://www.bezdtp.ru/campaigns/pritormozi/calculator.php

  6. http://in-drive.ru/6455-raschet-dliny-tormoznogo-puti-avtomobilja.html

  7. http://autoportal.ua/articles/dorogi/25830.html

9

kopilkaurokov.ru

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

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 автомобиль будет двигаться с ускорением

.

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,

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

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

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

Но проще использовать формулу:

В нашем случае , поэтому

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



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



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

infourok.ru

Чему равен тормозной путь?

Тормозным путем автомобиля называют то расстояние, которое машина по инерции проходит после того, как сработала тормозная система. Скорость движения автомобиля, способ торможения, вес транспортного средства, состояние шин и тормозов, условия погоды и условия дороги напрямую влияют на тормозной путь. Так, например, если автомобиль двигался со скоростью 50 км\в час, то тормозной путь будет равен примерно 15-ти километрам. Однако это не значит, что при скорость 100км\ч, длина тормозного пути составит 30 километров. Итак, мы рассказали о том, что такое тормозной путь. Далее рассмотрим, отчего зависит его длина, и как ее найти.

От чего зависит длина тормозного пути

Для того, чтобы узнать, чему равен тормозной путь, принято использовать следующую формулу: S = K*V*V/ (254*Фс). В данном случае:

  • S — это расстояние тормозного пути, выраженное в метрах
  • К — тормозной коэффициент, равный единице для легковой машины
  • V — скорость движения автомобиля на начало торможения, выраженная в км\ч

Фс — коэффициент сцепления колес автомобиля с дорожным покрытием (зависит от погодных условий): обычный асфальт — 0,7; мокрый асфальт — 0,4; снег- 0,2; лед — 0,1.

Следует учитывать различные варианты торможения, влияющие на результат. Так различают плавное, прерывистое, резкое и ступенчатое торможение. В обычных обстоятельствах уместно плавное торможение. Для того, чтобы выполнить его, необходимо увеличивать давление на тормозную педаль постепенно. Однако в экстренных ситуациях такой способ не уместен, так как отличается наибольшей длиной тормозного пути. Не стоит прибегать и к резкому торможению. Известно, что резкое торможение подразумевает мгновенную блокировку колес, следовательно, водитель теряет управление и автомобиль заносит. Для ступенчатого торможения характерно поэтапное нажатие на педаль, где каждое следующее нажатие имеет большее давление. Прерывистое торможение по принципу схоже с резким. Отличие заключается в том, что после полного нажатия до блокировки колес, педаль отпускает

elhow.ru

Как найти тормозной путь, физика

Как отыскать тормозной путь.

Избежать противных ситуаций на дороге проще, если знать, какой путь делает ваш автомобиль до полного торможения. Например, тормозной путь легкового автомобиля при, казалось бы, маленький скорости в шестьдесят км в час составляет восемнадцать метров на сухой трассе, а на увлажненной – все 30.

Физика тормозного пути автомобиля

Тормозной путь – это то расстояние, которое автомобиль проходит во время торможения. Началом тормозного пути именуется момент срабатывания тормозной системы автомобиля, а его концом – момент полной остановки машины. Длина тормозного пути зависит не только лишь от того, с какой скоростью движется автомобиль, да и от его массы, свойства и износа шин, состояния автодорожного полотна и погодных критерий.

Существует несколько формул расчета тормозного пути автомобиля. В их базе лежит 2-ой закон Ньютона. Для того, чтоб высчитать по этим формулам тормозной путь, следует знать ускорение, массу автомобиля и силу трения (или ускорение свободного падения и коэффициент трения).

Существует и универсальная формула расчета тормозного пути автомобиля, которая употребляет фиксированные коэффициенты, потому она еще удобнее в использовании, чем другие. Она смотрится последующим образом:

тормозной путь = скорость движения автомобиля в квадрате, умноженная на коэффициент торможения, деленная на коэффициент сцепления с дорогой, умноженный на 254.

Коэффициент торможения для легковых автомобилей составляет 1 и возрастает пропорционально габаритам тс. Так, для грузового автомобиля этот коэффициент будет равен наибольшему значению – 1,2.

Коэффициент сцепления с дорогой находится в зависимости от погодных критерий (чем ужаснее дорога, тем ниже будет коэффициент) и составляет:

0,7 – для сухой дороги,
0,4 – для влажной дороги,
0,2 – для заснеженной дороги,
0,1 – для оледенелого асфальта.

Пользуясь универсальной формулой для расчета тормозного пути машины, нужно подразумевать, что она не учитывает такие принципиальные причины, как точную массу тс, износ шин и тормозной системы автомобиля, потому получившийся итог может иметь погрешность до нескольких метров. Сейчас вы сможете испытать отыскать тормозной путь автомобиля по формулам. Незапятнанная физика.

tipsboard.ru

Навеяло о тормозном пути автомобиля. От чего зависит тормозной путь автомобиля?

Тормозной путь зависит только от скорости и от коэффициента сцепления шин с дорогой. А этот коэффициент зависит уже от многих факторов — от свойств резины и дорожного покрытия, скорости, скорости проскальзывания, давления. Большинство зависимостей нелинейны и однозначно сказать что увеличивает, а что уменьшает тормозной путь нельзя.

от веса автомобиля, качество резины ну и от водителя

От очень многих факторов : -Скорости авто. -Массы авто. -Исправности тормозной системы (диски, колодки) -Сцепных свойств покрышек. -Покрытия дороги. -Наличия АБС. А еще от квалификации и реакции водителя.)))

Если брать во внимание только авто (дорожное покрытие — само собой разумеющийся, оно одинаковое для любого авто, во всяком случае, на той трассе, где вы собираетесь измерять тормозной путь…) То, тормозной путь зависит от : массы и скорости автомобиля, качества тормозной системы и покрышек. Ещё важна скорость движения автомобиля в начале (момент) торможения, ну и конечно очень важен коэффициент сцепления шин с дорогой.. Ну, а ускорение силы тяжести — константа, равная — 9,81 м/с.

интересно плотность атмосферы, состояние погоды, силу и направление ветра учитываете?

Значительно уменьшить тормозной путь автомобиля можно самым простым способом — предвидя опасность перенести ногу на педаль тормоза. <a data-video=»https://videoapi.my.mail.ru/videos/embed/mail/seo_top10/_vanswers/4.html» data-big=»1″><img src=»https://videoapi.my.mail.ru/mail/seo_top10/_vanswers/i-4.jpg» data-lsrc=»https://videoapi.my.mail.ru/mail/seo_top10/_vanswers/p-4.jpg»></a>

touch.otvet.mail.ru

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
2019 © Все права защищены. Карта сайта