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 v_xи v_0х - проекции ускорения векторов и на ось Х. Обе проекции положительны, т. е. v_0х =v_0. 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.

2. 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.

3. Пешеходные дорожки снабдить электрическими лампочками, которые вмонтированы в обозначенные пешеходные полосы.

4. На детской одежде предусмотреть светящиеся рисунки, которые далеко видны, так как ДТП чаще происходят в тёмное время.

5. 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