從物理角度探討安全問題

【摘 要】物理中的力學(xué)知識對安全出行、安全運(yùn)動、安全生產(chǎn)等眾多方面具有重要的指導(dǎo)意義。作為中學(xué)生，我們應(yīng)該做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)以致用，讓生活更美好。

【關(guān)鍵詞】物理角度；力學(xué)；安全

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1671-8437（2019）04-0245-02

我國先賢們在理論與實(shí)踐的關(guān)系問題上提出了“讀千卷書，行萬里路”的主張，就是要強(qiáng)調(diào)把所學(xué)知識運(yùn)用于生活實(shí)踐之中。作為一名喜歡物理學(xué)科的學(xué)生，對力學(xué)尤其興味盎然，結(jié)合力學(xué)知識，筆者對運(yùn)動中的安全問題有一些自己的見解，下面就以力學(xué)為例談一談我們?nèi)粘Ｉ钪械陌踩珕栴}。

1 直線運(yùn)動中的安全問題

眾所周知，如今交通發(fā)達(dá)的同時交通事故也逐年增多，究其原因大都是司機(jī)違規(guī)駕駛、超載、超速造成的，為此，很多路段都進(jìn)行汽車限速。雖然如此，一些司機(jī)開車時，對高速駕駛的危害重視程度依然不夠，駕駛的速度往往比較高，造成危害的幾率也就會大大提高。下面通過一道例題來探討緊急情況下汽車剎車的安全距離。

如為了安全起見，在公路上行駛的汽車之間應(yīng)保持必要的距離。已知某高速公路的最高限速為120 km/h。

假設(shè)前方車輛突然停止，后車司機(jī)從發(fā)現(xiàn)這一情況，經(jīng)操縱剎車到汽車開始減速所經(jīng)歷的時間（即反應(yīng)時間）為0.50 s。剎車時汽車受到的阻力大小為汽車重力的0.40倍。該高速公路上汽車間的距離至少應(yīng)為多少？（取g=10 m/s2）

解：在反應(yīng)時間內(nèi)，汽車做勻速運(yùn)動，運(yùn)動的距離為

s116.7m

設(shè)汽車質(zhì)量為m，在剎車時間內(nèi)由牛頓第二定律得

即剎車時加速度=4 m/s2

則剎車距離s2138.9 m

因此所求距離s=s1+s2=155.6 m

通過上述計算，我們可以知道，限速120 km/h的高速公路上的行車安全距離將近160 m。由以上的計算我們得知，汽車行駛的速度越大，需要的安全距離也越大，而實(shí)際上駕駛員在高速公路上駕駛時，很多司機(jī)并沒有嚴(yán)格保持這個距離，所以存在著安全隱患。同時我們可以推知，越是在能見度較底的濃霧天氣或人群密集的鬧市區(qū)，給司機(jī)的剎車距離越小，汽車行駛的速度就應(yīng)該越小，所以，駕駛員必須養(yǎng)成遵守交通規(guī)則的好習(xí)慣。

2 曲線運(yùn)動中的安全問題

我們學(xué)過離心運(yùn)動的知識。曾經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上看到過這樣一例交通事故：一段時間內(nèi)，在四川省某縣山區(qū)的一段道路上，在同一彎道處連續(xù)發(fā)生了幾起交通事故，事故都發(fā)生在雨天、傍晚，且都是墜落山崖。這個典型案例牽涉到曲線運(yùn)動知識。以下題為例：

如汽車在水平的公路上轉(zhuǎn)彎，設(shè)彎道半徑為100 m，車輪與干燥路面間的摩擦因數(shù)是0.5，若汽車的行駛速度為16 m/s，汽車會發(fā)生側(cè)滑嗎？若下雨后汽車與濕路面間的摩擦因數(shù)為0.1，汽車仍按原速行駛，會側(cè)滑嗎？要使汽車不側(cè)滑，汽車的最大行駛速度為多少？取g=10 m/s2

解：設(shè)汽車質(zhì)量為m，在干燥路面以速度v行駛時剛好不側(cè)滑，由牛頓第二定律

得22.3 m/s>16 m/s

∴汽車不發(fā)生側(cè)滑

若 由上式得10 m/s<16 m/s

∴汽車發(fā)生側(cè)滑

要使汽車不側(cè)滑，最大行駛速度10 m/s

由以上定量的計算，我們明白了事故的原因是：雨天汽車與地面間摩擦因數(shù)減小，傍晚司機(jī)趕路行駛速度較快，在彎道上摩擦力不足以提供足夠大的向心力，導(dǎo)致汽車側(cè)滑而墜落山崖。因此，雨雪天氣行車速度要慢。當(dāng)然曲線運(yùn)動涉及安全問題的例子還有很多，如在行人較多的生活區(qū)，馬路上有時會設(shè)置減速帶，即圓弧形的拱形路障。針對這一現(xiàn)象，可以根據(jù)圓周運(yùn)動知識做如下分析。

設(shè)汽車質(zhì)量為m，以速度v運(yùn)行，減速帶半徑為R，汽車所受支持力為FN，由牛頓第二定律得

得

當(dāng)汽車運(yùn)動速度v越大時，汽車所受支持力FN越??；當(dāng)v=時，F(xiàn)N=0；若汽車速度過大，則汽車將離開路面，增加不安全系數(shù)，因此汽車過減速帶時的速度不能

超過；減速帶半徑越小，限制的速度就越小，我們可以通過調(diào)節(jié)減速帶的半徑，在不同的路段將汽車的速度限制在不同的范圍內(nèi)，從而提高安全系數(shù)；而人們開車或騎車經(jīng)過減速帶時更應(yīng)該自動減速。

3 體育運(yùn)動中的安全問題

如今，我們的課外活動比較豐富，運(yùn)動項(xiàng)目逐漸增多，隨之，在運(yùn)動過程中受到傷害的現(xiàn)象也在增多。雖然經(jīng)驗(yàn)可以讓人們遠(yuǎn)離一些傷害，如太高的地方很多人不敢往下跳；但如果必須跳時，如何避免或減小傷害呢？

如一般成人脛骨的極限抗壓力強(qiáng)度約為

1.5×107 N/m2，脛骨的最小橫截面積一般為3.2 cm2。假若一質(zhì)量為50 kg的人從一定高度雙足落地，落地下蹲時其重心又下降15 cm，是計算下落高度超過多大時就會導(dǎo)致脛骨骨折。

解：雙腳脛骨橫截面所能承受的最大沖擊力為 9.6×103 N

設(shè)人的質(zhì)量為m，安全下落的極限高度為h1，觸地后重心下降的高度為h2，觸地時人的速度為v，由動能定理 得

設(shè)人從觸地到靜止做勻變速直線運(yùn)動，時間為t，地

面對人的支持力為F，由動量定理得

由運(yùn)動學(xué)公式

解得2.7 m

由上式可知：落地后重心下落的高度越大，人安全下落的極限高度就越高。那么人從高處跳下，落地后應(yīng)雙腿彎曲使重心繼續(xù)下降，這樣可以避免腿部脛骨因承受壓力過大而導(dǎo)致的骨折。

4 平衡時的安全問題

我們都知道物體放在斜坡上時，斜坡傾角越大物體越不容易放穩(wěn)。那么怎樣使物體在這樣的斜坡上放穩(wěn)呢？學(xué)完重心知識后，有這樣一道例題。

如運(yùn)輸貨車的制造標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)汽車側(cè)立在傾角為300的斜坡上時仍不致于翻倒，也就是說，貨車所受的重力的作用線仍落在貨車的支持面（以車輪為頂點(diǎn)構(gòu)成的平面范圍）內(nèi)。如果車輪間距離為2.0 m，車身的重心不能高出地面多少米？（設(shè)車的重心在車底面的中軸線上）

解：連接貨車的重心O點(diǎn)和前車輪與地面的接觸點(diǎn)A，要使汽車不翻倒，則應(yīng)，

則汽車重心離地面的高度

因此，我們要讓物體在斜面上安全放置，應(yīng)盡量使物體的重心降低或使物體與地面接觸的面積增大。這個知識在貨物運(yùn)輸與較重物體搬移的過程中意義重大，只要引起足夠的注意，就可以指導(dǎo)我們避免安全事故的

發(fā)生。

綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)，物理知識對安全出行、安全運(yùn)動、安全生產(chǎn)等眾多方面具有重要的指導(dǎo)意義。作為中學(xué)生，我們應(yīng)該關(guān)注現(xiàn)實(shí)，用心思考，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，把所學(xué)知識運(yùn)用到實(shí)際生活中，讓生活更

美好。

【作者簡介】

許梓?。?001～），男，河南洛陽人，漢沽第一中學(xué)2019屆學(xué)生。