XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Тормозной путь

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Устинова А.К. 1Гайдукович А.Д. 1

---

1МОУ СШ №51

Атаян Л.А. 1

---

1МОУ СШ №51

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы. В нашей стране с каждым годом происходит увеличение транспортных средств, и дороги стали объектом повышенной опасности, что приводит к необходимости изучения этого вопроса.

Множество из тех, кто в настоящий момент обучается в школе, в будущем станут водителями или пешеходами, которые обязаны знать, что тормозной путь зависимость от начальной скорости и коэффициента сцепления шин с дорогой.

Цель данного проекта: исследовать факторы, от которых зависит тормозной путь.

Проблема: понять – нужно ли нам учитывать тормозной путь, когда мы пользуемся транспортом или переходим дорогу перед транспортом.

Почему нельзя переходить проезжую часть дороги перед близко идущим транспортом? Какое расстояние до движущегося транспортного средства они считают безопасным? Чем объяснить высокий процент травматизма на дорогах и дорожно-транспортных происшествий.

Ответы на эти и многие другие вопросы, связанные с движением тел, дают законы механики.

Задачи:

1. Изучить литературу по данному вопросу.

2. Организовать опрос, анкетирование с целью наличия транспортных средств и систематизировать полученную информацию.

3. Выяснить зависимость тормозного пути от скорости и коэффициента сцепления шин с дорогой.

4. Организовать эксперименты, подтверждающие зависимости тормозного пути от скорости и коэффициента сцепления шин с дорогой.

Для достижения поставленных целей над данным проектом работали по следующим направлениям:

1) Исследование общественного мнения;

2) Изучение теории тормозного пути;

3) Эксперименты;

4)Выводы.

Гипотеза. Тормозной путь зависит от скорости и от коэффициента сцепления шин с дорогой.

Практическая значимость состоит в применении зависимости тормозного пути от скорости и от коэффициента сцепления шин с дорогой. Также необходимо это учитывать в повседневной жизни.

Научный интерес заключается в том, что в процессе изучения данного вопроса получены некоторые сведения о практическом применении явления тормозного пути.

1.1. Исследование общественного мнения

Исследование (опрос) наличия транспортных средств среди жителей многоквартирного дома:

Вывод: опрос показал, что на каждую семью приходится в среднем два транспортных средства.

Исследование наличия транспортных средств среди обучающихся:

Вывод: исследуемый период показывает увеличение транспортных средств среди обучающихся.

Анкетирование: отношение населения к транспортному средству

Вывод: автомобиль не роскошь, а средство передвижения

1.2. Что такое тормозной путь (немного теории)

Тормозной путь — это минимальное расстояние, которое проходит транспортное средство от начала торможения до полной остановки.

Протяжённость тормозного пути зависит от скорости автомобиля, состояния проезжей части, шин, погодных условий. Особое влияние на протяжённость тормозного пути оказывает эффективность тормозной системы (ТС). Она складывается из технологических особенностей узлов ТС — «Электронных помощников», логики их работы, диаметра тормозных дисков, материала тормозных колодок, принудительной вентиляции и других параметров. Чем короче тормозной путь, тем выше вероятность, что водитель успеет среагировать перед внезапным препятствием и предотвратит ДТП.

1.2.1 Тормозной путь велосипеда

Велосипед – это универсальное средство передвижения, доступное и подвластное каждому. Но многие люди даже и не задумываются о безопасности его использования. Люди просто читают инструкцию о технических характеристиках велосипеда и правилах управления им, но не придают этому должного внимания. А любое незнание или простая халатность при использовании данного технического устройства может привести к трагедии на дороге.

Велосипед не похож на автомобиль, и у него есть всего несколько сотых секунды, чтобы среагировать, нажать ли на левый или правый ручной тормоз.

  Есть три вещи, которые мы должны знать о тормозах: во-первых, тормоза предназначены для контроля скорости, а не только для остановки велосипеда; во-вторых, тормоз переднего колеса имеет лучший тормозной эффект, быстрый отклик, а также его легче заблокировать; Блокировка тормоза будет играть свою максимальную функцию, но велосипед легко перевернуть вперед, а когда процесс торможения прекратится, его тормозная способность будет сильно снижена.

Поэтому возникла идея проверить, от чего зависит тормозной путь велосипеда.

1.2.2 Тормозной путь автомобиля

Длину тормозного пути своего автомобиля должен знать каждый водитель. Особенно важно понимать и осознавать, что длина торможения разнится не только от статуса авто, но и от вида дорожного покрытия и времени года.

Длина тормозного пути автомобиля в зависимости от нескольких факторов может составить от 25 до 150 метров. Длина зависит от способности конкретной модели авто сбрасывать скорость до нужного показателя, включая остановку, и при этом оставаться устойчивым и управляемым. Теоретически для оценки тормозных характеристик авто применяют несколько показателей: тормозной путь, максимальное значение замедления, время срабатывания механизмов торможения, диапазон изменения усилий торможения, уменьшение эффективности торможения из-за сильного нагрева.

Само собой разумеется, что движущийся автомобиль на большой скорости не сможет мгновенно останавливаться. Прежде чем остановиться, он пройдет некоторое расстояние. Так, современный автомобиль на автостраде при скорости 100 км/час проходит в каждую секунду до 28 м. Ясно, что для полной его остановки нужно определенное расстояние.

Его величина находится в прямой зависимости от скорости движения, способа торможения и дорожных условий. При скорости 50км/ч средний тормозной путь будет составлять около 15 м, а при скорости 100 км/ч около 60м т.е. больше в четыре раза.

Тормозной путь автомобиля зависит от многих факторов:

1- скорость движения

2- дорожное покрытие

3- погодные условия

4- состояние колес и тормозной системы

5- способ торможения

Длина тормозного пути часто оказывается решающим фактором в критической ситуации на дороге.

Лишний метр, прочерченный покрышками по асфальту, может стоить не только разбитого бампера, но и жизни.

1.2.2 Расчёт тормозного пути по формуле

Существует несколько формул расчета тормозного пути. В их основе лежит второй закон Ньютона.

Основной тормозной путь автомобиля можно определить по формуле:

S = V²о/2gµ,

где:

S - тормозной путь в метрах;

Vо - скорость движения автомобиля в момент начала торможения в м/сек;

g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²;

µ - коэффициент сцепления шин с дорогой.

Приведенная формула годится лишь при одновременном торможении всех колес до "юза".

Из формулы видно, что тормозной путь зависит только от скорости и коэффициента сцепления шин с дорогой. Однако значение последнего может измениться в зависимости от вида и состояния дорожного покрытия, типа шин автомобиля и давления воздуха в них.

Для расчета тормозного пути часто используется формула:

Тормозной путь = (Скорость/10) ^2*Коэффициент трения

В этой формуле три основных компонента:

1. Скорость — это начальная скорость автомобиля в километрах в час (км/ч) на момент начала торможения

2. 10– это константа, которая используется для перевода скорости из км/ч в метры в секунду. Этот перевод необходим для соблюдения единиц измерения в формуле.

3. Коэффициент трения — параметр учитывает состояние дорожного покрытия. Коэффициент трения может варьироваться в зависимости от состояния дороги – сухой асфальт, мокрая дорога, лёд и так далее. Формула представляет собой упрощенный метод расчета тормозного пути и применима в идеализированных условиях. Она не учитывает множества других факторов, таких как состояние тормозной системы, масса автомобиля, уклон дороги и так далее.

2. Экспериментальная часть

ЭКСПЕРИМЕНТ 1

Оборудование и материалы: 21 скоростной спортивный велосипед «Seaboard», спидометр, рулетка, разные виды дорожного покрытия.

(см. приложение 1)

В первом эксперименте проверялась зависимость длины тормозного пути велосипеда от вида дорожного покрытия. Для этого мы установили на колесо велосипеда специальный датчик (спидометр), измеряющий скорость и при помощи рулетки измеряли тормозной путь, на дороге, с различным дорожным покрытием. Велосипедист разгонялся до скорости от 10 - 20 км/ч и блокировал колеса велосипеда тормозами. После этого рулеткой измерялась длина тормозного пути. Результаты эксперимента представлены в таблицах ниже:

1. Зависимость тормозного пути от скорости велосипеда

а) по сухой дороге:

(см. приложение 2)

б) по зимней укатанной дороге:

(см. приложение 3)

в) по мокрой дороге:

(см. приложение 4)

г) по дороге, покрытой ледяной коркой:

(см. приложение 5)

Вывод: коэффициент сцепления с дорогой зависит от погодных условий.  У шин велосипеда очень маленькое пятно контакта. Чем хуже дорога, тем ниже будет коэффициент и длиннее тормозной путь. В итоге проделанной работы получили подтверждение гипотезы, а именно, тормозной путь велосипеда действительно зависит от вида дорожного покрытия.

ЭКСПЕРИМЕНТ 2

Оборудование и материалы: легковой автомобиль, спидометр, рулетка, различные виды дорожного покрытия

(см. приложение 6)

Основной тормозной путь автомобиля можно определить по формуле:

S = V²о/2gµ,

где:

• S - тормозной путь в метрах;

• Vо - скорость движения автомобиля в момент начала торможения в м/с;

• g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

• µ - коэффициент сцепления шин с дорогой.

(см. приложение 7)

Вывод: коэффициент сцепления с дорогой зависит от погодных условий. Чем хуже дорога, тем ниже будет коэффициент и длиннее тормозной путь.

1. Зависимость тормозного пути от скорости легкового автомобиля:

а) по сухой дороге:

1. Переводим скорость в м/c

2. 10 км/с = 2,8 м/c

3. Подставляем данные в формулу ( возьмем коэффициент с сухой дорогой)

4. S = (2,8 м/c)²/ 2*10 м/c * 0,7 = 0,5 м (заносим результаты в таблицу)

Вывод: чем больше скорость, тем длиннее тормозной путь. При движении автомобиля и по сухой летней, и по скользкой зимней дороге тормозной путь и время торможения зависят от начальной скорости, причём тормозной путь прямо пропорционален квадрату начальной скорости

2.Зависимость тормозного пути от коэффициента сцепления шин с дорогой.

Как уменьшить тормозной путь?

- соблюдать скоростной режим;

- регулярно проверять и обслуживать тормозную систему;

- избегать езды на изношенных или неподходящих шинах;

- использовать системы антиблокировки тормозов (ABS).

3. От чего зависит тормозной путь?

1) ОТ СКОРОСТИ

Интуитивно понятно, что чем выше скорость, тем длиннее расстояние, необходимое для полной остановки. Однако, важно понимать, что эта зависимость не линейна. Другими словами, удвоение скорости не просто удвоит тормозной путь — оно увеличит его в разы.

Это связано с физическими законами, говорящими о том, что кинетическая энергия объекта пропорциональна квадрату его скорости. Поэтому, чтобы остановить автомобиль, движущийся с удвоенной скоростью, потребуется избавиться от значительно большего количества кинетической энергии, что, в свою очередь, требует большего расстояния для торможения.

Это особенно актуально на высокоскоростных трассах, где малейшая разница в скорости может значительно увеличить тормозной путь, делая реакцию на внезапные препятствия или действия других участников движения более сложной и рискованной.

2) ОТ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ

Тип и состояние дорожного покрытия являются другими ключевыми факторами, которые оказывают заметное влияние на тормозной путь. Поверхность дороги играет существенную роль в эффективности тормозной системы, поскольку именно она обеспечивает необходимое трение для замедления и остановки автомобиля.

На сухом асфальте, который обеспечивает хорошее трение, тормозной путь обычно будет короче. В таких условиях шины автомобиля могут максимально эффективно «цепляться» за дорогу, что позволяет быстро и безопасно замедлить или остановить машину.

Однако на мокрой, обледенелой или грязной дороге ситуация кардинально меняется. Влага, лед или грязь могут действовать как смазывающие материалы, уменьшая трение между шинами и дорожным покрытием. Это ведет к увеличению тормозного пути, и водителям необходимо быть особенно осторожными и учитывать эти факторы при вождении.

В случаях с особо скользкими дорожными покрытиями, такими как лед или снег, тормозной путь может увеличиться в несколько раз по сравнению с сухим асфальтом. Даже высококачественные зимние шины или системы антиблокировки тормозов (ABS) не всегда могут компенсировать отрицательное влияние этих факторов на длину тормозного пути.

3) ОТ СОСТОЯНИЯ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ

Компоненты тормозной системы, такие как тормозные колодки, диски и жидкость, подвергаются износу и старению со временем, что может снизить их эффективность.

Изношенные тормозные колодки могут не обеспечивать необходимое трение для быстрой и эффективной остановки. С течением времени, поверхность колодок стирается, и они становятся менее эффективными в процессе замедления автомобиля. Такая ситуацияможет привести к неравномерному износу других элементов тормозной системы.

Похожим образом, состояние тормозной жидкости также может иметь значительное влияние. С течением времени, влага и загрязнения могут попасть в тормозную жидкость, ухудшая её свойства. Это может привести к уменьшению эффективности тормозной системы и увеличению тормозного пути. Перегрев тормозной жидкости также может стать проблемой, особенно при интенсивном использовании тормозов, и привести к снижению тормозной эффективности.

4) ОТ МАССЫ АВТОМОБИЛЯ

Масса автомобиля играет значительную роль в расчете тормозного пути. В физике известно, что большая масса требует большей силы для изменения движения. Это применимо и к торможению автомобилей: чем тяжелее машина, тем больше усилий требуется для её остановки. Тяжелые автомобили, такие как грузовики или внедорожники, обычно имеют более длинный тормозной путь по сравнению с легковыми автомобилями. Это также может стать критическим фактором при неожиданных манёврах или экстренном торможении, поскольку большая масса увеличивает инерцию и снижает эффективность тормозной системы.

5) ОТ УКЛОНА ДОРОГИ

Уклон дороги может существенно влиять на тормозной путь. На спуске гравитация работает против тормозной системы, ускоряя автомобиль и увеличивая необходимое для остановки расстояние.

На подъеме, наоборот, гравитация может слегка помочь в торможении, но если уклон слишком крутой, эффект может быть незначительным. Таким образом, водителям нужно быть особенно внимательными при движении на уклон, особенно на высоких скоростях или в условиях плохой видимости

6) ОТ НАЛИЧИЯ ПРИЦЕПА

Прицепы добавляют дополнительную массу к автомобилю, что естественным образом увеличивает тормозной путь. Однако, проблема не ограничивается лишь массой. Прицепы также влияют на стабильность автомобиля при торможении, что может сделать процесс остановки менее предсказуемым. Например, при неправильной загрузке или недостаточной стабилизации прицеп может начать «рыскать» из стороны в сторону, что увеличивает риск потери контроля над автомобилем. Кроме того, если тормозная система прицепа не синхронизирована с тормозной системой автомобиля, это может привести к неэффективному торможению и увеличению тормозного пути. По этим причинам водители, которые часто используют прицепы, должны быть особенно осторожны и знать, как эта дополнительная «нагрузка» влияет на их способность быстро и безопасно остановить автомобиль.

Заключение

Многих аварий можно было бы избежать, если бы водители следовали золотому правилу - держи дистанцию. В работе мы выяснили, какую дистанцию нужно соблюдать для собственной безопасности и как определить нужную дистанцию

Теперь мы точно знаем, от чего зависит тормозной путь. Если говорить более конкретно, тормозной путь зависит: от скорости и коэффициента сцепления шин с дорогой.

Мы провели серию экспериментов, проделали примерно такие же опыты, как и ученые, и получили примерно такие же результаты. Получилось, что экспериментально мы подтвердили все утверждения, высказанные нами.

Нами была создана серия экспериментов, помогающих по­нять и объяснить некоторые «трудные» наблюдения.

Но самое главное - мы поняли, как здорово до­бывать знания самим, а потом делиться ими с другими.

Совет: как говорится, тише едешь – дальше будешь. Если вы планируете поездку в сильный снегопад или гололед, помните, в случае резкого торможения ваше авто не станет, как вкопанное моментально.

Выводы:

Исследования показали, что:

1. Тормозной путь автомобиля зависит от скорости и от коэффициента сцепления шин с дорогой.

2. Для обеспечения безопасности движения в любых дорожных условиях, при движении с любой скоростью необходимо соблюдать следующее правило: остановочный путь должен быть меньше расстояния видимости.

3. Поскольку зимой коэффициент трения резины по асфальту уменьшается, тормозной путь и время торможения увеличиваются;

4. Для остановки транспорта требуется время и пространство: нельзя переходить дорогу перед близко идущим транспортом. Об этом следует помнить во избежание ДТП как пешеходам, так и автомобилистам.

Приложения:

Приложение 1- Оборудование и материалы для эксперимента с велосипедом

Приложение 2 – Эксперимент по сухой дороге

Приложение 3 - Эксперимент по зимней укатанной дороге

Приложение 4 - Эксперимент по мокрой дороге

Приложение 5 - Эксперимент по дороге, покрытой ледяной коркой

Приложение 6 - Оборудование и материалы для эксперимента с легковым автомобилем

Приложение 7 - Эксперимент по сухой дороге

Список используемых источников

1. Бытько Н.Д. Физика, ч.1 и 2. Механика. Молекулярная физика и теплота.М.: [Высшая школа, 1992, 336 с.]

2. В.А.Касьянов. [Физика 10 класс.- М.: Дрофа, 2003, 412 с.]

3. Иванов А.С., Проказа А.Т. [Мир механики и техники: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1993.]

4. Элементарный учебник физики: [Учебное пособие. В 3-хт. /Под ред.Г.С.Ландсберга. Т.1 Механика. Молекулярная физика. М.:Наука, 1995, 218 с.]