與交通安全有關(guān)的幾道物理題

金志培

(連云港外國語學(xué)校 江蘇 連云港 222003)

在人的生命越來越得到重視的今天，安全教育已經(jīng)成為學(xué)校教育的重要任務(wù)之一.面對(duì)每年10萬多人的死傷，更覺得加強(qiáng)對(duì)安全意識(shí)比較薄弱的中學(xué)生進(jìn)行安全教育的必要．據(jù)報(bào)道：分析全國道路交通事故情況，主要原因有超速行駛、酒后駕駛、疲勞駕駛，惡劣天氣導(dǎo)致的事故，特別是全國雨、雪、霧等惡劣天氣條件下發(fā)生道路交通事故；還有低駕齡駕駛?cè)苏厥碌龋?/p>

在物理教學(xué)中結(jié)合所學(xué)知識(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行交通安全知識(shí)教育，可以做到“潤物細(xì)無聲”的效果，更容易被學(xué)生接受，也會(huì)深刻理解相關(guān)交通規(guī)定的必要性，從而自覺養(yǎng)成遵守交通法規(guī)的習(xí)慣．現(xiàn)就物理習(xí)題談?wù)劷煌ò踩械膸讉€(gè)問題．

1 高速公路上保持200 m車距的必要性

習(xí)題1：為了安全，在公路上行駛的汽車之間應(yīng)保持必要的距離，我國公安部門規(guī)定，高速公路上行駛的汽車的安全距離為200 m，最高時(shí)速為120 km/h.請(qǐng)你根據(jù)下面提供的資料，通過計(jì)算來說明安全距離為200 m的理論依據(jù)(取g=10 m/s2)．

資料1：行駛員的反應(yīng)時(shí)間：0.35～0.65 s之間

資料2：各種路面與輪胎之間的動(dòng)摩擦因數(shù)

路 面 動(dòng)摩擦因數(shù)

干瀝青或混凝土 0.7～0.75

干碎石路面 0.6～0.7

濕瀝青或混凝土 0.32～0.4 (1)在計(jì)算中駕駛員反應(yīng)時(shí)間，路面與輪胎之間的動(dòng)摩擦因數(shù)各應(yīng)取多少？

(2)通過你的計(jì)算來說明安全距離為200 m的必要性．

解：(1)應(yīng)取駕駛員反應(yīng)時(shí)間為t= 0.65 s，動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.32.

汽車在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)是做勻速直線運(yùn)動(dòng)的，所以駕駛員反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，汽車在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)的距離越大，也就越容易追尾．動(dòng)摩擦因數(shù)μ越小，車越不容易停下，也就越容易追尾．

(2)汽車在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后剎車做勻減速直線運(yùn)動(dòng)

s1=v0t= 21.7 m

μmg=ma

得

a=μg=3.2 m/s2

v02=2as2

得

s=s1+s2= 195 m

因此，高速公路上汽車安全行駛距離為200 m是必要的．

2 雨雪天氣慢行的必要性

習(xí)題2：《高中物理必修》(人教版)第26頁，質(zhì)量為2.0×103kg的汽車在水平公路上行駛，輪胎與路面間的最大靜摩擦力為1.4×104N．汽車經(jīng)過半徑為50 m的彎路時(shí)，如果車速達(dá)到72 km/h，這輛車會(huì)不會(huì)側(cè)滑？

1.6×104N>1.4×104N

因?yàn)槟Σ亮Σ蛔阋猿洚?dāng)向心力，會(huì)離心運(yùn)動(dòng)發(fā)生側(cè)滑，所以會(huì)發(fā)生交通事故.

如果車速高于這個(gè)值就容易發(fā)生側(cè)滑的事故，這樣就有助于學(xué)生理解在雨雪天氣為什么容易發(fā)生交通事故，特別是在轉(zhuǎn)彎處應(yīng)該減速慢行的道理．

3 過橋時(shí)限速的必要性

習(xí)題3：《高中物理必修》(人教版)第27頁，有一輛質(zhì)量為800 kg的小汽車駛上圓弧半徑為50 m的拱橋．

(1)汽車到達(dá)橋頂時(shí)速度為5 m/s，汽車對(duì)橋的壓力多大？

(2)汽車以多大的速度經(jīng)過橋頂時(shí)恰好對(duì)橋沒有壓力而騰空？

(3)汽車對(duì)地面的壓力過小是不安全的．因此從這個(gè)角度講，汽車過橋時(shí)的速度不能過大．對(duì)于同樣的車速，拱形橋的半徑大些還是小些比較安全？

解：(1) 設(shè)汽車質(zhì)量為m,拱橋半徑為r,汽車過拱橋的橋頂時(shí)速度大小為v,此時(shí)受到橋面對(duì)它的彈力大小為F,則有

可得

根據(jù)牛頓第三定律可知汽車對(duì)橋的壓力大小

800×9.8 N-800×0.5 N=7440 N

(2)汽車對(duì)橋沒有壓力而騰空時(shí),即F′=0,對(duì)應(yīng)的速度為v0,此時(shí)應(yīng)有

故

22.1 m/s=79.6 km/h

教師再進(jìn)一步列舉一些我國最近建設(shè)的過江大橋的限速要求，使學(xué)生理解限速過橋的必要性．

4 佩戴安全帶的必要性

習(xí)題4：在高速公路上以v0=108 km/h速度行駛的汽車，急剎車后，后車輪迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.8.乘客如果系了安全帶，人車同時(shí)停下；如果沒系安全帶，乘客由于慣性將以原速向前沖出，與前方硬物相撞.設(shè)碰后人的速度為反向0.2v0，碰撞時(shí)間為0.03 s.求系了安全帶后可以使乘客受到的力減為不系安全帶時(shí)撞擊力的多少分之一.

解：(1)v0=108 km/h=30 m/s

設(shè)乘客與車的共同質(zhì)量為M.車受到的滑動(dòng)摩擦力為f，人的質(zhì)量為m,由牛頓第二定律得

f=μMg=Ma1

a1=μg=0.8×10 m/s2=8 m/s2

(2)取末速度方向?yàn)檎?，不系安全帶時(shí)

得

a2=120 m/s2

對(duì)人的作用力

F2=ma2

系安全帶時(shí)對(duì)人的作用力

F1=ma1

F2∶F1=150

可見在行車過程中，系安全帶可以大大減緩碰撞時(shí)的作用力，更好保護(hù)車內(nèi)人員的安全．

5 加重對(duì)超速、醉駕處罰的必要性

(1)該肇事汽車的初速度vA是多大?

(2)游客橫過馬路的速度是多大?

圖1

自控系統(tǒng)采用集散型控制方式，由設(shè)在中心控制室計(jì)算機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)和分別設(shè)在取水、供水系統(tǒng)的可編程邏輯控制器下位機(jī)系統(tǒng)所組成，采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線，將上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過程顯示，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，使系統(tǒng)更安全。

對(duì)警車，有vm2=2as；對(duì)肇事汽車，有vA2=2as′，則

即

故

(2)對(duì)肇事汽車，由v02=2as，v02∝s得

故肇事汽車至出事點(diǎn)B的速度為

肇事汽車從剎車點(diǎn)到出事點(diǎn)的時(shí)間

又司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間t0=0.7 s，故游客橫過馬路的速度

從上面的分析求解可知，肇事汽車為超速行駛，而游客的行走速度并不快．

從以上粗略的計(jì)算可以看出，如果車速為50 km/h，約為14 m/s，即使立即剎車，需要1 s鐘后車才能停下來，此時(shí)，車前進(jìn)了14 m遠(yuǎn).

教師也可以介紹：酒精還會(huì)抑制運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)，使人觸覺異常，本能反應(yīng)動(dòng)作的時(shí)間也明顯延長(zhǎng)，從而無法正?？刂朴烷T、剎車、掛擋、方向盤的操作，“手腳不聽使喚”．酒精也會(huì)使人的視野縮窄、視力模糊、辨色混亂、聽力減弱，對(duì)燈光刺激反應(yīng)異常，甚至不能正確分辨清道路上的行駛線、斑馬線、岔路口、紅綠燈以及其他車輛和行人，極易導(dǎo)致判斷失誤．這些都可能延緩剎車的時(shí)間，在出現(xiàn)事故的時(shí)刻造成事故的原因，結(jié)合醉駕的惡性事故，可以使學(xué)生深刻理解加重對(duì)醉駕處罰的必要性．

在物理的教學(xué)中，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)安全教育，加強(qiáng)珍惜生命的教育無疑是有意義的，也是必要和可能的．將空泛的安全教育落實(shí)在學(xué)習(xí)中也會(huì)收到更好的效果．