用中學物理談談行車安全

朱靖華

摘要：現(xiàn)在汽車已經非常普及，很多人都在學習駕駛，學生基本達到18周歲低限的也都去學習了駕駛，行車安全已經成為非常重要的一個問題。本文針對中職生，應用中學物理對行車安全從物理上做了一些分析，希望通過本文，可以對中職生相當水平的學習駕駛者、駕駛者在行車安全上有所幫助。

關鍵詞：行車；安全；物理；慣性；追尾；側翻

進入中職二年級，我所帶的兩個班中有部分學生年齡已經滿了十八歲，達到了國家駕駛學習的最低年齡要求。于是，兩個班級中有部分年齡達到18歲的學生，或應家長要求，或考慮將來生活工作的需要，都報名參加了駕駛學習，一年的時間，這部分學生大部分都已學習完成，取得了駕駛資格。

本來，作為班主任的工作，安全教育就是我的重要工作內容之一；而在這一年中，因為這部分學生的駕駛學習，行車安全成為了班主任安全教育中的一個重要教育內容，多次在安全主題班會中與學生討論如何保證行車安全。

當然，行車要安全，首要的是要在思想中有安全的意識，這是根本。但僅有這個根本是不夠的，還需要知道如何做才能安全行車。

在學習駕駛的時候，四個科目，科目二、科目三，培養(yǎng)學員的駕駛技術；科目一、科目四培養(yǎng)學員的安全意識，教育學員安全措施。不論科目二、科目三，還是科目一、科目四，都飽含物理學原理。因此，駕駛行車其實是一個物理學問題，如果能明白一些物理學原理，對駕駛技術、行車安全是有很大幫助的。

一、慣性問題

首先要認識到慣性，汽車是有慣性的，汽車啟動和剎車都是克服汽車本身的慣性使汽車改變運動狀態(tài)，或者從靜止變?yōu)檫\動，或是從運動變?yōu)殪o止。在這個過程中，慣性起了很重要的作用，慣性大的改變運動狀態(tài)就比較艱難，從啟動來說，就是加速不易，從剎車來說，就是剎車剎不死。

物體的慣性是用質量來恒量的，質量越大的物體慣性越大，也就越難改變運動狀態(tài)，從汽車駕駛來說，就是質量越大的汽車，加速越難，減速也越難。而一旦發(fā)生交通事故，質量越大的汽車，破壞力也就越大，所以有話說：“遠離重車”，說的就是這個，一旦“重車”發(fā)生交通事故，產生的后果通常都是非常嚴重的。

因此，對于“輕車”駕駛者，因為質量較小的緣故，加速、減速、停車、啟動都比較容易，因而相較而言，出現(xiàn)事故的可能性較?。欢鴮τ凇爸剀嚒眮碚f，質量大，加速、減速、停車、啟動都較“輕車”困難許多，在相同情況下，出現(xiàn)事故的可能性也就相對較大一些，而因為質量越大破壞力越大，一旦發(fā)生事故，后果也要嚴重許多。

二、追尾問題

什么是追尾？就是兩車同向而行，后車撞擊前車，造成交通事故，就叫追尾。追尾的原因是前后兩車速度不同，前車的速度小于后車速度，前后兩車車距過近，因而后車駕駛者剎車不及而造成交通事故。因而如果前后兩車保持合適的車距，就可以避免追尾事故。

那么前后兩車保持多大車距比較合適呢？

如圖1所示，假設甲乙兩車同向而行，甲隨乙后，前車乙車突然剎車靜止，甲車發(fā)現(xiàn)后立即剎車，那么甲乙兩車至少應相距多遠才不會發(fā)生追尾事故？

顯然，甲車不追尾乙車，那么甲車與乙車的距離要比甲車的剎車距離長才行。甲車發(fā)現(xiàn)

乙車停車后，馬上采取急剎的方式停車，依靠汽車輪胎與地面的摩擦力

f=μmg

（μ—輪胎與地面的摩擦系數(shù)；m—汽車質量，單位：千克；g—重力加速度，米/秒2）

減速，摩擦力對汽車做功，使汽車動能從

（v—汽車剎車前的速度，單位：米/秒）

減小到0。即摩擦力對汽車做的功正好等于汽車剎車前的動能：

W=fs=μmgs= （s—剎車距離，單位：米）

由此得到：

通過查詢，得到汽車橡膠輪胎與干燥柏油路面的摩擦系數(shù)約為μ=0.7，重力加速度取g=10m/s，于是有

由此看到，汽車的剎車距離只與汽車的速度有關，速度越大，需要的剎車距離越大，剎車距離與汽車速度是平方關系。

甲、乙兩車不發(fā)生追尾，就是后車車頭與前車車尾不發(fā)生接觸碰撞，那么甲車停車后甲乙兩車的重心相距至少大于一個車長L，因而甲乙兩車不發(fā)生追尾，兩車的距離應

由上表可見，車速越快，車距需要越大。

如果是滿載貨車，也就是常說的“重車”，情況還要更復雜一些，因為滿載貨車質量很大，慣性很大，啟動加速和剎車減速都非常困難，急剎時剎車鼓并不能提供足夠的摩擦力讓車輪短時間內停止轉動，因而需要更長的剎車距離。而且在急剎時，車箱內裝貨物會對貨車車箱前面攔板產生極大的沖力，會給貨車司機帶來很大的威脅。網上流傳有視頻，裝載水泥柱的貨車因急剎，后箱水泥柱沖破貨箱前壁，沖破駕駛室后板，直接從駕駛窗穿出，對駕駛員造成致命傷害。所以，“重車”只能緩剎，需要更長的剎車距離。

三、側翻問題

汽車側翻有兩種情況：其一，汽車橫過斜坡，因斜坡坡度過大，造成汽車側斜過度側翻；其二，汽車轉彎，因車速過快，轉彎過急，造成車輛側翻。

汽車側翻是個力矩問題，兩種情況都與汽車的重心高度和車寬相關聯(lián)，車越寬，重心越低，出現(xiàn)側翻的可能性越小。

1、斜坡側翻

如圖2所示，設斜坡角度是α，坡度為i = tanα，車的質量是m，則車所受重力為G = mg， 則車的沿斜面分量為Gx = mgsinα，垂直于斜面的分量為Gy = mgcosα，車寬設為d，重心高度設為h，汽車發(fā)生側翻時，支點在如圖2所示的側斜一側輪胎與地面的接觸點O，如果發(fā)生側翻，必然滿足條件：

整理后，必然有：

坡度

a）就轎車來說，一般車寬1.6～2.0米，取較易發(fā)生側翻的寬度1.6米，重心高度約0.5米，則有：

i > 1.6，即α>約58°

也就是說一般轎車橫過斜坡發(fā)生側翻的臨界角度將近60°，一般斜坡的角度極少有到45°以上的，也就是說，一般情況轎車橫過斜坡不會發(fā)生側翻。

b）貨車情況就要復雜得多，貨車空載時，重心高度大約1米，車寬一般2.2～2.45米，還是取較窄相對易側翻的，d = 2.2米，則

i > 1.1，即α>約47.7°

滿載貨車車，重心會抬高0.5米左右，也就是重心會達到h = 1.5米，則有

i > 0.73，即α>約36.2°

由此可見，無論轎車，還是貨車在橫過斜坡進，只要坡度不太大，都不會發(fā)生側翻。當然，當前有很多貨車司機裝載貨物的時候，大量超載，重心會更高，大大增加了橫過斜坡發(fā)生側翻的幾率。

2、轉彎側翻

相比斜坡側翻，更多的側翻發(fā)生在轉彎當中，網上大量視頻顯示，載重貨車轉彎時發(fā)生側翻造成事故的幾率要比斜坡側翻要多得多，畢竟一般情況下道路多是上下坡，橫過斜坡的情況少之又少。

轉彎側翻也是一個力矩問題，轉彎時，汽車受到離心力，重力，地面摩擦力的作用，影響側翻問題的主要是離心力和重力。

如圖3所示，設汽車總質量為m，則汽車所受重力為G= mg，

車寬d，重心高h，汽車受到

的離心力為F = mv2/r（r-轉彎

半徑），支點在轉彎外側輪胎

與地面接觸點O，則汽車若發(fā)

生側翻，必滿足條件：

，

于是有

轎車取d = 1.6米，重心高度h = 0.5米，城市道路交叉路口轉彎半徑取最大值

a）約r = 30米，則有

v > 約6.9（米/秒），約合v > 約25公里/小時

即是說，轎車在城市道路轉彎時，速度應在時速25公里以內，否則就會發(fā)生側翻。

b）滿載貨車取d = 2.2米，重心高度h = 1.5米，仍取城市道路轉彎最大半徑r = 30米，則

v > 4.7（米/秒），約合17公里的時速

如果貨車超載的話，重心只會更高，那轉彎速度就更低。

由 可見，轉彎速度v與轉彎半徑r的平方根成正比關系，轉彎半徑越小，轉彎速度也要求越??；如果滿載貨車在較高速度下被迫急轉彎，那么側翻就是板上釘釘?shù)氖拢忠驖M載貨車質量極大（十幾噸～幾十噸），一旦發(fā)生事故，造成的后果都是極為嚴重的，損失也是極大的。因此才有話說：“遠離重車”。