与交通安全有关的几道物理题

金志培

(连云港外国语学校 江苏 连云港 222003)

在人的生命越来越得到重视的今天，安全教育已经成为学校教育的重要任务之一.面对每年10万多人的死伤，更觉得加强对安全意识比较薄弱的中学生进行安全教育的必要．据报道：分析全国道路交通事故情况，主要原因有超速行驶、酒后驾驶、疲劳驾驶，恶劣天气导致的事故，特别是全国雨、雪、雾等恶劣天气条件下发生道路交通事故；还有低驾龄驾驶人肇事等．

在物理教学中结合所学知识对学生进行交通安全知识教育，可以做到“润物细无声”的效果，更容易被学生接受，也会深刻理解相关交通规定的必要性，从而自觉养成遵守交通法规的习惯．现就物理习题谈谈交通安全中的几个问题．

1 高速公路上保持200 m车距的必要性

习题1：为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离，我国公安部门规定，高速公路上行驶的汽车的安全距离为200 m，最高时速为120 km/h.请你根据下面提供的资料，通过计算来说明安全距离为200 m的理论依据(取g=10 m/s2)．

资料1：行驶员的反应时间：0.35～0.65 s之间

资料2：各种路面与轮胎之间的动摩擦因数

路 面 动摩擦因数

干沥青或混凝土 0.7～0.75

干碎石路面 0.6～0.7

湿沥青或混凝土 0.32～0.4 (1)在计算中驾驶员反应时间，路面与轮胎之间的动摩擦因数各应取多少？

(2)通过你的计算来说明安全距离为200 m的必要性．

解：(1)应取驾驶员反应时间为t= 0.65 s，动摩擦因数μ=0.32.

汽车在反应时间内是做匀速直线运动的，所以驾驶员反应时间越长，汽车在反应时间内匀速运动的距离越大，也就越容易追尾．动摩擦因数μ越小，车越不容易停下，也就越容易追尾．

(2)汽车在反应时间内做匀速直线运动，然后刹车做匀减速直线运动

s1=v0t= 21.7 m

μmg=ma

得

a=μg=3.2 m/s2

v02=2as2

得

s=s1+s2= 195 m

因此，高速公路上汽车安全行驶距离为200 m是必要的．

2 雨雪天气慢行的必要性

习题2：《高中物理必修》(人教版)第26页，质量为2.0×103kg的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面间的最大静摩擦力为1.4×104N．汽车经过半径为50 m的弯路时，如果车速达到72 km/h，这辆车会不会侧滑？

1.6×104N>1.4×104N

因为摩擦力不足以充当向心力，会离心运动发生侧滑，所以会发生交通事故.

如果车速高于这个值就容易发生侧滑的事故，这样就有助于学生理解在雨雪天气为什么容易发生交通事故，特别是在转弯处应该减速慢行的道理．

3 过桥时限速的必要性

习题3：《高中物理必修》(人教版)第27页，有一辆质量为800 kg的小汽车驶上圆弧半径为50 m的拱桥．

(1)汽车到达桥顶时速度为5 m/s，汽车对桥的压力多大？

(2)汽车以多大的速度经过桥顶时恰好对桥没有压力而腾空？

(3)汽车对地面的压力过小是不安全的．因此从这个角度讲，汽车过桥时的速度不能过大．对于同样的车速，拱形桥的半径大些还是小些比较安全？

解：(1) 设汽车质量为m,拱桥半径为r,汽车过拱桥的桥顶时速度大小为v,此时受到桥面对它的弹力大小为F,则有

可得

根据牛顿第三定律可知汽车对桥的压力大小

800×9.8 N-800×0.5 N=7440 N

(2)汽车对桥没有压力而腾空时,即F′=0,对应的速度为v0,此时应有

故

22.1 m/s=79.6 km/h

教师再进一步列举一些我国最近建设的过江大桥的限速要求，使学生理解限速过桥的必要性．

4 佩戴安全带的必要性

习题4：在高速公路上以v0=108 km/h速度行驶的汽车，急刹车后，后车轮迅速停止转动，与地面间的动摩擦因数为0.8.乘客如果系了安全带，人车同时停下；如果没系安全带，乘客由于惯性将以原速向前冲出，与前方硬物相撞.设碰后人的速度为反向0.2v0，碰撞时间为0.03 s.求系了安全带后可以使乘客受到的力减为不系安全带时撞击力的多少分之一.

解：(1)v0=108 km/h=30 m/s

设乘客与车的共同质量为M.车受到的滑动摩擦力为f，人的质量为m,由牛顿第二定律得

f=μMg=Ma1

a1=μg=0.8×10 m/s2=8 m/s2

(2)取末速度方向为正，不系安全带时

得

a2=120 m/s2

对人的作用力

F2=ma2

系安全带时对人的作用力

F1=ma1

F2∶F1=150

可见在行车过程中，系安全带可以大大减缓碰撞时的作用力，更好保护车内人员的安全．

5 加重对超速、醉驾处罚的必要性

(1)该肇事汽车的初速度vA是多大?

(2)游客横过马路的速度是多大?

图1

自控系统采用集散型控制方式，由设在中心控制室计算机上位机系统和分别设在取水、供水系统的可编程逻辑控制器下位机系统所组成，采用PROFIBUS现场总线，将上位机系统与下位机系统连接，实现数据通信过程显示，提高数据传输的可靠性，使系统更安全。

对警车，有vm2=2as；对肇事汽车，有vA2=2as′，则

即

故

(2)对肇事汽车，由v02=2as，v02∝s得

故肇事汽车至出事点B的速度为

肇事汽车从刹车点到出事点的时间

又司机的反应时间t0=0.7 s，故游客横过马路的速度

从上面的分析求解可知，肇事汽车为超速行驶，而游客的行走速度并不快．

从以上粗略的计算可以看出，如果车速为50 km/h，约为14 m/s，即使立即刹车，需要1 s钟后车才能停下来，此时，车前进了14 m远.

教师也可以介绍：酒精还会抑制运动神经系统，使人触觉异常，本能反应动作的时间也明显延长，从而无法正常控制油门、刹车、挂挡、方向盘的操作，“手脚不听使唤”．酒精也会使人的视野缩窄、视力模糊、辨色混乱、听力减弱，对灯光刺激反应异常，甚至不能正确分辨清道路上的行驶线、斑马线、岔路口、红绿灯以及其他车辆和行人，极易导致判断失误．这些都可能延缓刹车的时间，在出现事故的时刻造成事故的原因，结合醉驾的恶性事故，可以使学生深刻理解加重对醉驾处罚的必要性．

在物理的教学中，结合所学知识，加强安全教育，加强珍惜生命的教育无疑是有意义的，也是必要和可能的．将空泛的安全教育落实在学习中也会收到更好的效果．