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刘鑫瑜


——汽车行驶问题研究

陕西省渭南市 辉

学校:蓝光中学高一年级 (3)

姓名:封捷

指导老师:李玉民

摘要: 在科技经济飞速发达的今天, 各个行业都有快速发展, 汽车业也一样。近年来家家户户都拥有车,它给人们的出行 也带来了便利,然而,由汽车也引发了大大小小的问题,我 们

作为汽车的受益者,同时也是汽车的受害者,所以我们应 积极处理汽车带给我们的问题。 这也就引发了人们对汽车 的思考。 关键词:速度,汽车性能,危害,
一、汽车种类: 小汽车、卡车、越野车、货车、轿车等等。 二、汽车所引发的问题: 1、汽车数量增多了,会造成交通拥挤、交通堵塞的现象,人们不但没有节 省时间,反而把大量的时间浪费在了堵车上。2、汽车排放出来的尾气一般都是 二氧化碳、二氧化硫等有毒、有害气体,会对人身体造成一定的危害,而且还会 污染空气。3、汽车数量的增多会产生社会秩序混乱,不便于管理,交通事故频 繁发生等一系列问题。4、出租车、私家车数量的增多,还会使人们产生一些依 赖性和惰性,一出门就坐车,人很少会得到锻炼,这对人身体也产生了消极的影 响 三、交通事故 : 1.引起交通事故的原因:超速行驶,超载行驶,两车间距,司机反应能力, 汽车性能差等。 下面就让我对交通事故上的问题用物理学来研究一下吧! 在一般情况下, 汽车在行驶过程中如果道路宽敞无障碍,司机就会加大油 门行驶,以达到缩短时间的目的。如果遇到危急情况,前方红绿灯亮时,驾驶员 踩刹车减速或停车就可能避免事故。但是遇到紧急情况,如行人骑车或在车辆临 近时横穿马路, 这是尽管驾驶员采取紧急刹车的措施也难免会发生撞车撞人、事 故,这是为什么呢? 嘿嘿,还是让我来告诉你吧﹗ 这其实惯性的作用。驾驶员从发现危险到采取紧急刹车再到汽车完全停 止,需要经过两个过程,即“反应距离”和“制动停车距离” 。这就如同你在奔 跑中突然停下来,由于惯性,不由自主地还要向前冲一段距离一样,汽车行驶速 度越快,制动停止距离就越长。因此,汽车不是一刹车就能停止的。检查结果表 明当汽车以每小时 40km 的速度行驶前进时, 从司机发现情况紧急刹车到制动有
1

效,车会向前继续行驶 18.82 米远停住;而在雨雪天气,由于路面较滑,车会向 前继续行驶达 24 米。在日常生活中,有许多人不懂得汽车惯性这个道理,以为 汽车只要一刹车便会停止, 于是便毫无顾忌地在行驶着的汽车前横过马路或从车 的车头或车尾突然走上车行道上,结果被汽车撞倒了。 2、汽车碰撞瞬间速度的测量: 汽车往往会与障碍物相碰或者两车相撞,这其中的原因大都因为超速 行驶。那么我们就有必要寻找出计算汽车相撞时的瞬时速度。
1? :超声波反射测速:

2

3

如图 1 所示是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图,测量仪发出并 接收超声波脉冲信号,根据发出并接收到的时间差,测量出汽车的瞬时速度。图 2 中是测速仪发出的超声波信号, n1 、 n2 分别是由汽车反射回来的信号。已知 测速仪匀速扫描

p

1



p

2

之间的时间间隔

?

t

=1.0s,超声波在空气中传播的

速度ν =340m/s,汽车是匀速行驶的。 交警就根据汽车接收到的两个信号的时间差和在这极短时间内汽车前进的位移 就可以计算其碰撞间的瞬时速度ν 。原因如下:由于 =1.0s,极为短暂,故图中每 3 小格代表

p

1

、 p 间的时间间隔 ?t
2

1 s,又由于超声波在空气中是做匀速 30 直线运动且速度很大, 故在通过接收器记录其发射信号的时间内汽车运动的位移 很小,因此可将此过程中的平均速度视为其瞬时速度进行计算。

2 ?: 《中国汽车驾驶员》杂志曾给过一个计算碰撞瞬间车辆的速度公式 : ,

4

,其中 ?l 是被水平抛出的散落在事故现场路面上的两物体沿公 路方向的水平距离,如图 3,h1 、h2 分别是散落物在车上的离地高度,其中 h1 〉

h。
2

图3 故只需测量事故现场的 ?l 、h1 、h2 三个物理量,再代入上述公式即可求出碰撞 瞬间汽车的速度。

3 ? :根据从车上掉落下的零件落入地面深度计算:
假设车的旁边有一个泥潭, 若在泥潭的旁边车正好与障碍物相撞,并且车上一个 零件脱落掉如泥潭中, 则可以根据零件落入泥潭的深度来计算出车与障碍物碰撞 时的瞬时速度。原理如下:车与障碍物碰撞前,松脱的零件具有和车相同的水平 速度,切竖直方向上无初速度。卡车与障碍物相碰后,铁零件的运动可以看做是 平抛运动,由平抛运动的知识就可以计算出碰撞时的瞬时速度。 3、两车同方向行驶问题。 两车的间距也要适当,因为汽车在刹车踩下后由于惯性,车要继续向前滑 行一段距离才能停下, 这就要求后车与前车保持一定距离,并且后面的车速不能 过大,因为制动距离由人的反应时间和刹车前的速度决定。原理:由动能定理: 1 mv2 mv 2 ? ? fs ,得制动距离 s= 。另外,在有大雾的情况下前后两车的距离 2 f

要保持更大,避免交通事故。 4.货车超载问题: 当今时代,人们的挣钱欲望极强,表现较为突出的就是乡村拉沙石的工人, 他们为了赚取更多的钱,就在拉沙石的时候给货车上面多装卸货物。殊不知,这 样子不但会给自己造成伤害,还会给交通造成损害,像车爆胎、路面破坏等。那 么,这其中所蕴含的物理知识是什么呢? 如图 4 甲所示,在水平路面行驶的货车上面装有货物,车和货物的总质量
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F Mg = ,由于 S S M 中,货车质量不变,货物质量越大,其对地面的压强就越大,这样就会造成对 地 面 的 破 坏 或 者 使 车 胎 爆 裂 。

为 M,货车与地面的接触面积为 S,此时,货车对地面的压强为 P=

图 3(甲)

图 4(乙) 如图 4 乙所示,当与上述情况相同的车和货物在斜坡上行驶,坡角为

?时。对车和斜坡进行受 力分析可得,坡面受到 的车和货物的压力大小 为
Mg cos ? , 由公式知坡角 ? 越 S 大,其对坡面的压强越小,对比 P0,可得 P1 小于 P0,所以同一辆车对斜坡的压 强总是小于对水平地面的压强。 故货车超重时对斜坡不容易造成损坏。但是在超 载的情况下,车与货物的惯性就比正常载重时大,它就很容易沿坡向下滑,这时 所需的牵引力就越大,消耗的燃料就越多。 在以上两种情况下,只要超载,那对车或者交通就是百害而无一利。

Mgcos ? , 这种情况下, 坡面受到的压强为 P1=

四、汽车的发展前景: 进入 21 世纪,节约能源、保护环境成了这个时代的主旋律,对于汽车来说, 现在大多数汽车排放出来的气体都是有毒有害气体,污染环境极其严重。因此我 们应该开发出清洁能源做汽车的燃料,另外汽车制造企业还要推出小排量的汽
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车,以减轻环境重负,创造人类美好家园!
参考文献:1. 《物理》共同必修一,上海科技教育出版社,2007 年 6 月第 13 版,2013 年 7 月第 15 次印刷 。 2.《更高更妙的物理》浙江大学出版社,2007 年 4 月第 2 版,2007 年 9 月第 5 次印刷。

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