II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ОПАСНАЯ ИНЕРЦИЯ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Иванова Е.А. 1

---

1

Давидовская Н.В. 1

---

1

Работа в формате PDF

324.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Многие люди, сидя за рулём автомобиля, даже не подозревают, какая опасность их подстерегает. Ведь всё в этом мире подчинено законам физики. Считаю, что выбранная тема актуальна. Все мы пользуемся автомобилем и должны знать, как предотвратить последствия данного физического явления.

Цель моего исследования – выяснить,насколько опасно явление инерции для автомобилиста, какое устройство помогает предотвратить последствия, связанные с этим явлением.

Задачи:

1.  
   •  
     1.  

        • найти информацию о явлении инерции и ремнях безопасности (в учебниках, в Интернете, в СМИ);

        • систематизировать найденную информацию;

        • провести социологическое исследование;

        • провести физический эксперимент;

        • разработать рекомендации для автомобилистов и вручить им памятки;

        • подвести итоги исследования и описать результаты исследования;

        • представить работу в форме презентации.

Гипотеза - ремень безопасности помогает предотвратить трагические последствия аварий.

Объект исследования – ремень безопасности в автомобиле.

Предмет исследования – процесс влияния физического явления на автомобилиста, предотвращение последствий связанных с этим явлением.

Методы исследования - изучение литературы, анализ, анкетирование,эксперимент, сравнение, обобщение.

Ожидаемый результат – надеюсь, познакомившись с моей работой, ребята сами поймут и убедят родителей в использовании ремней безопасности.

1. Теоретическая часть

1.1. Инерция как физическое явление

Инерция – это явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел. (Инерция – от латинского «инерциа» – неподвижность, бездеятельность). Таким образом, движение тела при отсутствии действия на него других тел называют движением по инерции. Тщательные опыты по изучению движения тел были впервые проведены Галилеем. Они позволили установить, что если на тело не действуют другие тела, то оно находится или в покое, или движется прямолинейно и равномерно относительно Земли. Например, затормозивший автомобиль, продолжает некоторое время сохранять скорость. Масса водителя во много раз меньше массы автомобиля, поэтому водитель, как менее инертное тело дольше сохраняет свою скорость. Для более быстрого сброса скорости водителю помогают ремни безопасности.^[1]

1.2. История происхождения ремней безопасности

Первый патент на приспособление, подобное ремням безопасности, был выдан в США в 1885 г. Спустя 15 лет ремни были опробованы на одном из аэропланов американских ВВС. В 1909 г. в Англии было создано уникальное устройство, состоявшее из спиральной пружины большого диаметра и лямок. Назначение устройства - удерживать пассажира на автомобильном сиденье. В начале 20-х годов XX века ремнями безопасности начали оборудовать гоночные автомобили. Но серийные автомобили начали оснащаться привязными ремнями только в 50-е годы в Америке и Швеции. Первой страной, где узаконили использование ремней безопасности, оказалась Швеция, где в 1957 г. были приняты официальные предписания. С 1 апреля 1970 г. установка ремней безопасности на передних сиденьях новых автомобилей стала обязательной во Франции. Но автопроизводители не хотели оснащать автомобили ремнями, так как их установка влекла за собой дополнительные расходы, что в итоге сказывалось на себестоимости и цене машин и объемах продаж.^[5]

В нашей стране обязательное и повсеместное применение ремней безопасности водителями и пассажирами легковых автомобилей было введено с апреля 1975 г. С тех пор ремни спасли не одну тысячу человеческих жизней. Согласно статистике вероятность смертельного исхода при фронтальном столкновении для водителей, пользующихся ремнями безопасности, уменьшается в 2,3 раза, при боковом столкновении — в 1,8 раза, а при опрокидывании автомобиля — в 5 раз. По отношению к пассажирам статистика дает еще более обнадеживающие цифры — при лобовом столкновении степень риска у пристегнутых пассажиров в 9 раз меньше, чем у не пристегнутых! Использование ремней на 62-75% сокращает количество травм в ДТП.^[4]

1.3. Сторонники и противники ремней безопасности

Не только в России, но и во всем мире есть как сторонники, так и противники ремней безопасности. Во многих странах предписания об обязательном применении ремней были встречены в штыки. Многиесчитали, что обязательное введение ремней - это «очередное наступление на свободы и права человека» (хочу - пристегиваюсь, хочу - нет, мое право!). Другие приводили довод о том, что в случае аварии и возникновения пожара пристегнутый человек может сгореть вместе с автомобилем. Считалось более безопасным, если водитель и пассажиры покинут салон аварийного автомобиля как можно быстрее. И это, в общем-то, правильно, но исследования, проведенные в лаборатории физиологии и биомеханики, показали, что при лобовых столкновениях многим автомобилистам приходилось покидать машину отнюдь не по своей воле — их просто выбрасывало из нее через лобовое стекло. Те же исследования выявили, что процент смертности среди водителей, выброшенных из салона, в 10 раз выше, чем у тех, кто воспользовавшись ремнем безопасности, остался на месте. Миф же о возможности сгореть заживо, будучи пристегнутым, развеяли спортсмены. Никому из самых отчаянных гонщиков даже в голову не приходило пренебречь ремнями.^[3]

1.4. Плюсы и минусы ремней безопасности

Немало сил и средств пришлось потратить, чтобы преодолев консерватизм и инерцию человеческого мышления, склонить общественное мнение на сторону ремней безопасности. Когда «остыли» страсти по поводу «покушения на права и свободы» и люди смогли беспристрастно взглянуть на статистику ДТП, оказалось, что ремни на самом деле спасают сотни и тысячи жизней. Их признали. В настоящее время число водителей, сомневающихся в эффективности ремней безопасности, не превышает 5%.Когда ремни безопасности стали нормой практически во всех государствах мира, выяснилось, что у медали есть и оборотная сторона. Были отмечены случаи (правда, очень редкие), когда ремни не спасали водителей и пассажиров, а наоборот — способствовали их гибели. Случаи эти тщательно исследовались, и в конечном итоге выяснилось, что гибель наступала из-за неправильного использования ремня или из-за несовершенства его конструкции. Тогда же выяснился и еще один факт — ремни наиболее эффективны на небольших скоростях. В 70-е годы считалось, что ремень безопасности гарантирует сохранение жизни водителя при лобовых столкновениях на скоростях до 50 км/ч. Сегодня верхняя планка поднялась до 70 км/ч за счет совершенствования конструкции ремней. Если учесть, что в большинстве случаев столкновения происходят именно на таких скоростях, то становится ясно — без ремня не обойтись.^[2]

В современных автомобилях ремни устанавливаются не только на передних, но и на задних сиденьях, что позволяет сохранить здоровье находящихся там пассажиров. Да и конструкции их претерпели значительные изменения. Сегодня уже почти не встречается ремней, которые приходится подгонять вручную. Это саморегулирующиеся устройства, дающие седоку полную свободу движения и, в то же время, надежно фиксирующие тело в момент столкновения. Понятно и то, что одному ремню, каким бы совершенным он ни был, не справиться с выполнением всего комплекса задач по обеспечению безопасности водителя и пассажиров автомобилей, поэтому система пассивной безопасности включает в себя и другие компоненты, которые в совокупности и делают современный автомобиль таким, какой он есть.^[5]

Случаи, в которых специалисты не советуют пристегиваться ремнем:

• при движении по ледяной переправе рекомендуется двигаться без ремней безопасности и даже с полуоткрытыми дверями;

• при движении по узким дамбам и понтонным мостам: ремни безопасности здесь могут сослужить плохую службу, если автомобиль сорвется в воду;

• при движении с невысокой скоростью в условиях плохой видимости и при ограниченных возможностях маневрирования. Когда на улице снежные заносы, ледяные торосы, метель, а у машины залепленные снегом стекла, ремень безопасности может стать помехой в экстренной ситуации, поскольку сильно ограничивает подвижность водителя, что зачастую приводит к столкновениям и наездам на пешеходов.^[2]

1.5. Судьба непристегнутого водителя и пассажира

Нет ничего более ужасного, чем судьба водителя, который в момент дорожного происшествия оказался непристегнутым ремнем безопасности. Вот как развиваются события, когда водитель на скорости 80 км/ч совершает наезд на неподвижное препятствие.^[3]

2. Практическая часть

2.1. Анкетирование водителей

Содержание анкеты:

1. Всегда ли вы пристегиваетесь при поездке в автомобиле?

2. Известно ли вам, какое физическое явление помогают преодолеть ремни безопасности?

3. Отрегулированы ремни безопасности в вашем автомобиле?

4. Есть ли в вашем автомобиле ремни безопасности на заднем сиденье?

5. Попадали ли вы в такие ситуации, когда вас спасали ремни безопасности?

6. Сомневаетесь ли Вы в эффективности ремней безопасности?

Число опрошенных водителей:24

Вывод: Очень многие опрошенные сомневаются в эффективности ремней безопасности (75%) , но все равно ими пристёгиваются (83%).

2.2. Определение скорости не пристегнутого водителя

С какой скоростью продолжает двигаться водитель, если через 0, 039 с после начала торможения он по инерции вместе с сиденьем прошел путь 15 см (данные взяты из таблицы п 1.5).

Дано: Решение:

t = 0,039 с V = S/ t

s = 15 cм = 0,15 м V = 0,15 м / 0,039 с ~ 3,85 м / с

V - ? Выразим эту скорость в км / ч.

3,85 м / с = 0,00385 км * 3600/ч ~ 14 км/ ч.

Ответ: Через 0,039 с после начала торможения водитель продолжает двигаться со скоростью ~ 14 км/ ч.

2.3. Сравнение коэффициентов жесткости ремня безопасности и резиновой полоски

Теоретическое обоснование:

По закону Гука сила упругости прямо пропорциональна изменению длины:

F = - kΔl , где F – сила упругости, k – коэффициент жесткости, Δl = l – l₀ – изменение длины образца (l₀ – первоначальная длина, l – конечная длина).

Отсюда коэффициент жесткости k = |F/Δl|

2.3.1 Определение жесткости резиновой полоски:

Оборудование: резиновая полоска с метками, штатив с лапкой, набор грузов, линейка

Ход работы:

1. Закрепим полоску без груза в лапке штатива. Измерим расстояние между метками.

2. Подвесим к полоске груз массой 102 г (затем – 204 г, 306 г, 408 г). Измерим расстояние между метками, определим удлинение.

3. Вычислим коэффициент жесткости во всех случаях.

4. Занесем результаты измерений и вычислений в таблицу

5. Определим среднее значение коэффициента жесткости

Результаты измерений:

Среднее значение коэффициента жесткости k =(k₁+k₂+k₃+k₄):4

k=(333+250+177+160):4~230 Н/м

Вывод: вычислительный метод дал результат – коэффициент жесткости k резиновой полоски равен 230 Н/м.

2.3.2 Определение коэффициента жесткости ремня безопасности

Рассуждения: поскольку сила упругости, возникающая в ремне, должна компенсировать силу тяги, действующую на водителя, то предположим, что она равняется силе, действующей на водителя через 0,05 с после начала торможения, а именно 80-кратному весу водителя (смотри таблицу в п. 1.5).

Если вес водителя 800 Н, то эта сила равна 56000Н. Поскольку ремень, спасающий водителя, должен растянуться при этом не более чем на 15-20 см, то коэффициент жесткости примерно должен равняться.

k = 56000Н: 0,15м ~ 370000 Н/м = 370 кН/м.

Вывод: коэффициент жёсткости ремня безопасности превышает коэффициент жесткости резиновой полоски примерно в1600 раз. Столь высокая жесткость ремня безопасности необходима для преодоления силы, которая по инерции действует на водителя при торможении.

Выводы по исследованиям

В результате проведенного исследования было установлено, в чем состоит опасность инерции для автомобилистов, и как ремень безопасности помогает предотвратить трагические последствия аварий.

По итогам практической части мы смогли определить приблизительное значение коэффициента жесткости ремня и сравнить его с жесткостью мягкой резиновой полоски.

По имеющейся информации была составлена памятка для водителей по использованию ремней безопасности. Эту памятку мы вручили всем опрошенным в ходе анкетирования водителям. Спустя некоторое время мы планируем ещё раз провести аналогичное анкетирование и выяснить, как изменилось число водителей, которые используют ремни. (Первоначальный опрос показал, что 83% используют ремни, хотя 75% сомневаются в их эффективности). При вручении памяток мы наблюдали, что у многих водителей приведенные цифры статистики вызвали шок.

Надеемся, что моя работа позволит предотвратить многие несчастные случаи, а возможно, и спасет чьи-то жизни.

Заключение

Данной работой я хочу показать, что использование ремней безопасности в автомобиле важно. Это приводит к снижению последствий дорожно-транспортных происшествий.

Будучи зафиксировано плотно прижавшим ремнем к обволакивающему креслу, тело находится в бережливых тисках. Водитель, при резком маневрировании или ударе, с хорошо затянутым ремнем имеет возможность управлять автомобилем и бороться с ситуацией до последнего.

В современном автомобиле, оснащенными подушками безопасности, вождение без ремней безопасности особенно опасно. Подушка, выстреливающая навстречу не зафиксированному телу, может серьезно навредить, начиная со сломанного носа и заканчивая смещением позвонков шейного отдела.

Один не пристегнутый пассажир может навредить всем остальным, неважно, где он сидит, спереди или сзади, в легковушке или в автобусе.

Использование ремней безопасности – это не 100% безопасность, но это работает при соблюдении скоростного режима.

Взрослые, поощряйте ваших детей, чтобы они использовали ремни безопасности. Покажите им, что мама и папа пристегиваются сами, поэтому они должны делать тоже самое. Помните! Правила дорожного движения пишутся кровью и пусть эта кровь будет не ваша.

Список литературы:

1. А.В. Перышкин. Физика 7 класс. «Дрофа», 2012

2. Журнал «За рулем» № 12, 2004 г

3. Журнал «За рулем» № 8, 2007 г

4. http://www.madi.ru/spravochnik/part4_12.html

5. http://www.v1n.ru/remni_bezopasnosti.html

Приложение 1

Памятка для водителя

Водитель, помни!

При использовании ремня безопасности вероятность смертельного исхода уменьшается:

- при фронтальном столкновении - в 2,3 раза

- при боковом столкновении - в 1,8 раза

- при опрокидывании автомобиля - в 5 раз!

Водитель, учти! Лучше двигаться без ремней безопасности:

- при движении по ледяной переправе (и даже с полуоткрытыми дверями);

- при движении по понтонным мостам (возможно падение в воду);

- при движении с невысокой скоростью в условиях плохой видимости и при ограниченных возможностях маневрирования.

Водитель, знай!

Вот так развиваются события, когда водитель на скорости 80 км/ч совершает наезд на неподвижное препятствие:

Законы физики отменить невозможно!

БЕРЕГИТЕ СЕБЯ И ТЕХ, КТО РЯДОМ С ВАМИ!

Приложение 2

Приложение 3

Фото проведения физического эксперимента.

19