在线客服

咨询热线

从物理角度探讨安全问题

作者:未知

  【摘 要】物理中的力学知识对安全出行、安全运动、安全生产等众多方面具有重要的指导意义。作为中学生,我们应该做到理论与实践相结合,学以致用,让生活更美好。
  【关键词】物理角度;力学;安全
  【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437(2019)04-0245-02
  我国先贤们在理论与实践的关系问题上提出了“读千卷书,行万里路”的主张,就是要强调把所学知识运用于生活实践之中。作为一名喜欢物理学科的学生,对力学尤其兴味盎然,结合力学知识,笔者对运动中的安全问题有一些自己的见解,下面就以力学为例谈一谈我们日常生活中的安全问题。
  1 直线运动中的安全问题
  众所周知,如今交通发达的同时交通事故也逐年增多,究其原因大都是司机违规驾驶、超载、超速造成的,为此,很多路段都进行汽车限速。虽然如此,一些司机开车时,对高速驾驶的危害重视程度依然不够,驾驶的速度往往比较高,造成危害的几率也就会大大提高。下面通过一道例题来探讨紧急情况下汽车刹车的安全距离。
  如为了安全起见,在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离。已知某高速公路的最高限速为120 km/h。
  假设前方车辆突然停止,后车司机从发现这一情况,经操纵刹车到汽车开始减速所经历的时间(即反应时间)为0.50 s。刹车时汽车受到的阻力大小为汽车重力的0.40倍。该高速公路上汽车间的距离至少应为多少?(取g=10 m/s2)
  解:在反应时间内,汽车做匀速运动,运动的距离为
  s116.7m
  设汽车质量为m,在刹车时间内由牛顿第二定律得
  即刹车时加速度=4 m/s2
  则剎车距离s2138.9 m
  因此所求距离s=s1+s2=155.6 m
  通过上述计算,我们可以知道,限速120 km/h的高速公路上的行车安全距离将近160 m。由以上的计算我们得知,汽车行驶的速度越大,需要的安全距离也越大,而实际上驾驶员在高速公路上驾驶时,很多司机并没有严格保持这个距离,所以存在着安全隐患。同时我们可以推知,越是在能见度较底的浓雾天气或人群密集的闹市区,给司机的刹车距离越小,汽车行驶的速度就应该越小,所以,驾驶员必须养成遵守交通规则的好习惯。
  2 曲线运动中的安全问题
  我们学过离心运动的知识。曾经在网络上看到过这样一例交通事故:一段时间内,在四川省某县山区的一段道路上,在同一弯道处连续发生了几起交通事故,事故都发生在雨天、傍晚,且都是坠落山崖。这个典型案例牵涉到曲线运动知识。以下题为例:
  如汽车在水平的公路上转弯,设弯道半径为100 m,车轮与干燥路面间的摩擦因数是0.5,若汽车的行驶速度为16 m/s,汽车会发生侧滑吗?若下雨后汽车与湿路面间的摩擦因数为0.1,汽车仍按原速行驶,会侧滑吗?要使汽车不侧滑,汽车的最大行驶速度为多少?取g=10 m/s2
  解:设汽车质量为m,在干燥路面以速度v行驶时刚好不侧滑,由牛顿第二定律
  得22.3 m/s>16 m/s
  ∴汽车不发生侧滑
  若 由上式得10 m/s<16 m/s
  ∴汽车发生侧滑
  要使汽车不侧滑,最大行驶速度10 m/s
  由以上定量的计算,我们明白了事故的原因是:雨天汽车与地面间摩擦因数减小,傍晚司机赶路行驶速度较快,在弯道上摩擦力不足以提供足够大的向心力,导致汽车侧滑而坠落山崖。因此,雨雪天气行车速度要慢。当然曲线运动涉及安全问题的例子还有很多,如在行人较多的生活区,马路上有时会设置减速带,即圆弧形的拱形路障。针对这一现象,可以根据圆周运动知识做如下分析。
  设汽车质量为m,以速度v运行,减速带半径为R,汽车所受支持力为FN,由牛顿第二定律得
  得
  当汽车运动速度v越大时,汽车所受支持力FN越小;当v=时,FN=0;若汽车速度过大,则汽车将离开路面,增加不安全系数,因此汽车过减速带时的速度不能
  超过;减速带半径越小,限制的速度就越小,我们可以通过调节减速带的半径,在不同的路段将汽车的速度限制在不同的范围内,从而提高安全系数;而人们开车或骑车经过减速带时更应该自动减速。
  3 体育运动中的安全问题
  如今,我们的课外活动比较丰富,运动项目逐渐增多,随之,在运动过程中受到伤害的现象也在增多。虽然经验可以让人们远离一些伤害,如太高的地方很多人不敢往下跳;但如果必须跳时,如何避免或减小伤害呢?
  如一般成人胫骨的极限抗压力强度约为
  1.5×107 N/m2,胫骨的最小横截面积一般为3.2 cm2。假若一质量为50 kg的人从一定高度双足落地,落地下蹲时其重心又下降15 cm,是计算下落高度超过多大时就会导致胫骨骨折。
  解:双脚胫骨横截面所能承受的最大冲击力为 9.6×103 N
  设人的质量为m,安全下落的极限高度为h1,触地后重心下降的高度为h2,触地时人的速度为v,由动能定理 得
  设人从触地到静止做匀变速直线运动,时间为t,地
  面对人的支持力为F,由动量定理得
  由运动学公式
  解得2.7 m
  由上式可知:落地后重心下落的高度越大,人安全下落的极限高度就越高。那么人从高处跳下,落地后应双腿弯曲使重心继续下降,这样可以避免腿部胫骨因承受压力过大而导致的骨折。
  4 平衡时的安全问题
  我们都知道物体放在斜坡上时,斜坡倾角越大物体越不容易放稳。那么怎样使物体在这样的斜坡上放稳呢?学完重心知识后,有这样一道例题。
  如运输货车的制造标准是:当汽车侧立在倾角为300的斜坡上时仍不致于翻倒,也就是说,货车所受的重力的作用线仍落在货车的支持面(以车轮为顶点构成的平面范围)内。如果车轮间距离为2.0 m,车身的重心不能高出地面多少米?(设车的重心在车底面的中轴线上)
  解:连接货车的重心O点和前车轮与地面的接触点A,要使汽车不翻倒,则应,
  则汽车重心离地面的高度
  因此,我们要让物体在斜面上安全放置,应尽量使物体的重心降低或使物体与地面接触的面积增大。这个知识在货物运输与较重物体搬移的过程中意义重大,只要引起足够的注意,就可以指导我们避免安全事故的
  发生。
  综上所述,我们可以发现,物理知识对安全出行、安全运动、安全生产等众多方面具有重要的指导意义。作为中学生,我们应该关注现实,用心思考,做到理论与实践相结合,把所学知识运用到实际生活中,让生活更
  美好。
  【作者简介】
  许梓琛(2001~),男,河南洛阳人,汉沽第一中学2019届学生。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14844981.htm