XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исаак Ньютон на страже безопасности на дорогах

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Пензин Е.И. 1

---

1МБОУ г. Иркутска гимназия № 3

Павловская Т.А. 1Седова Л.Б. 1

---

1МБОУ г. Иркутска гимназия № 3

Работа в формате PDF

1 MB

ВВЕДЕНИЕ

«Лежачий полицейский» — народное название искусственной неровности — специально созданного возвышения на проезжей части. Основная задача— принудительное снижение скорости движения автомобилей в местах с повышенным риском дорожно-транспортного происшествия (далее- ДТП). Принцип действия: при попытке пересечь такую неровность на высокой скорости подвеска автомобиля испытывает сильное сотрясение, что может привести к повреждению ходовой части машины.

В своей работе мы изучили данную тему, а также представили собственно-созданный «лежачий полицейский». В ходе работы были сделаны определенные выводы.

Гипотеза: предположим, что «лежачего полицейского» возможно изготовить в домашних условиях.

Цель исследования: создать искусственную неровность и доказать её эффективность.

Задачи для выполнения поставленной цели:

1. Изучить информационные источники по теме.

2. Выяснить чем значим «лежачий полицейский» для безопасности на дорогах.

3. Изучить возможность создания «лежачего полицейского», сравнить стоимости.

4. Проанализировать качество работы своего «лежачего полицейского», сравнить с уже существующим.

Продукт проекта: буклет-памятка по созданию «искусственной неровности».

В качестве основных методов в своей работе были использованы: изучение литературных источников, эксперимент, наблюдение, анализ, сравнение. Созданный «лежачий полицейский» может быть полезен на уроках правил дорожного движения(далее-ПДД), чтобы изучать правила для пешеходов и соблюдать скоростной режим.

I.ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ ИСКУССТВЕННОЙ НЕРОВНОСТИ

1.1 Понятие искусственной неровности

«Лежачий полицейский»  — народное название искусственной неровности — специально созданного возвышения на проезжей части, располагающегося поперёк дороги. На самом деле это народное понятие, которое зародилось в Европе. Неровности на дорогах начали называть «полицейскими», так как они выполняют схожие функции. Но обычно сотрудники полиции стоят на дороге, а не лежат. В реальности этому понятию нет внятного обоснования. Существует множество теорий, но практически во всех странах мира ограничители скорости называют «лежачими полицейскими». Основная задача — принудительное снижение скорости движения автомобилей в местах с повышенным риском дорожно- транспортного происшествия (далее-ДТП), например, возле школ, детских площадок, больниц, парков, стадионов, вокзалов и других объектов, где часто пересекают дорогу пешеходы. 

Впервые искусственные неровности появились в США в начале XX века. Причиной их появления стала массовая автомобилизация и необходимость защитить домашних животных, которые часто попадали под колёса машин. Фермеры начали укладывать поперёк дороги брёвна и доски, чтобы заставить водителей снижать скорость. Эффективность таких мер была быстро замечена, и власти начали внедрять их официально. 

В Европе «лежачие полицейские» впервые появились после Первой мировой войны. Они отличались друг от друга разнообразными формами и размерами.

В России подобные неровности на дорогах стали появляться с 1980-хгодов. Изготавливались из бетона или асфальта.

Массовое распространение искусственных неровностей началось уже в XXI веке, когда проблема безопасности на дорогах стала особенно острой. 

Название «лежачий полицейский» возникло благодаря ассоциации с функцией контроля — как будто на дороге лежит полицейский, заставляющий каждого водителя соблюдать правила. 

1.2 Виды искусственных дорожных неровностей (далее-ИДН)

Существует два вида искусственных дорожных неровностей: монолитные и сборно-разборные.

М онолитные конструкции изготавливаются из асфальтобетона. По поперечному профилю их подразделяют на волнообразные и трапециевидные (см.Рис.1). Данные ИДН преобладали повсеместно до появления сборных конструкций, и зачастую не отвечали требованиям ГОСТ. Сейчас используются намного реже, а в некоторых регионах отказались совсем от их устройства.

волнообразная ИДН трапециевидная ИДН

Рисунок 1. Виды ИДН

Рисунок 2. Монолитная ИДН

Сборно-разборные конструкции изготавливаются из полимерных материалов, состоящих из однотипных совместимых основных и концевых элементов. Их монтаж производится с помощью анкеров или шуруп-дюбелей. Благодаря простоте конструкции, отдельные элементы могут быть легко заменены при необходимости (см.Рис.2).

Искусственные неровности изготавливаются из ударопрочной резины или полимерно-песчаной смеси (композитные ИДН). Высокий спрос на искусственные неровности из резины объясняется тем, что резина более эластичная и не склонна к ломкости, в отличие от полимерно-песчаных неровностей. Это позволяет автомобилям безопасно проезжать через них, не рискуя повредить ни сами неровности, ни транспортное средство.

Резиновые ИДН изготавливаются из каучуков и добавлением вулканизующих групп, таких как сера, тиурамы и других компонентов. Эти компоненты дают резине свойства, которые отвечают агрессивной внешней среде и продлевают жизнь данным изделиям.

Композитные (полимерно-песчаные) ИДН изготавливают из просеянного песка, пигментов окрашивания, связующих материалов, пластификаторов и других компонентов. Рецептура у каждого производителя может отличаться в зависимости от доступности того или иного компонента. Технология производства привлекательна возможностью применения вторичного полимерного сырья, поэтому композитные ИДН значительно дешевле резиновых. Главной проблемой композитных ИДН — их хрупкость. Поэтому к их производству, перевозке и монтажу надо относиться с особой осторожностью и подготовкой.

Рисунок 3. Сборно-разборная ИДН

1.3 Как работает «лежачий полицейский»

Принцип действия: при попытке пересечь такую неровность на высокой скорости подвеска автомобиля испытывает сильное сотрясение, что может привести к повреждению ходовой части машины. Чтобы избежать этого, водители вынуждены снижать скорость.

Искусственные неровности устраивают с учетом анализа аварийности конкретных участков дорог. Монтаж производится на асфальтобетонные и цементобетонные покрытия. Ширину искусственной неровности выбирают с учетом ширины проезжей части, но не менее 20 см от каждого края, чтобы у водителей не было возможности ее объехать. Также допускается устраивать идн шириной больше, чем проезжая часть, при условии, если прилегающая территория, также имеет асфальтобетонное покрытие.  Технические параметры и правила применения указаны в ГОСТ Р 52605—2006 «Искусственные неровности. Общие технические требования. Правила применения» и ГОСТ 32964—2014 «Искусственные неровности сборные. Технические требования. Методы контроля».

Для информирования участников дорожного движения о приближении к участку дороги с искусственной неровностью устанавливаются дорожные знаки 1.17; 3.24; 5.20 и наносится горизонтальная разметка 1.25 (см.Табл.1).

Таблица 1. Дорожные знаки.

1.4 Биография Исаака Ньютона

Английский математик, механик, оптик и философ Исаак Ньютон родился 4 января 1643 года в деревне Вулсторп (Линкольншир, Англия) в зажиточной фермерской семье.

Свои научные исследования Исаак Ньютон стал проводить еще в студенческие годы.

Закон всемирного тяготения

Самое знаменитое открытие Ньютона — закон всемирного тяготения, сформулированный в 1687 году в его работе «Математические начала натуральной философии». Закон гласит, что каждое тело притягивает другое с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Ньютон сформулировал три закона движения:

• Первый закон (закон инерции): Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние силы.

• Второй закон (закон силы): Изменение движения пропорционально приложенной силе и происходит в направлении этой силы.

• Третий закон (закон действия и противодействия): На каждое действие есть равное и противоположное противодействие.

Ньютон занимался исследованиями в области оптики, обнаружил, что белый свет состоит из спектра цветов, и разработал отражательный телескоп (рефлектор) в 1668 году, что значительно улучшило качество астрономических наблюдений. Его основные труды в области оптики были опубликованы в 1704 году в книге «Оптика» («Opticks»). В этом труде он изложил свои исследования природы света и цвета, провел эксперименты с призмами, предложил корпускулярную теорию света, а также рассмотрел явления интерференции и дифракции. Эти работы заложили основы современной оптики и оказали значительное влияние на развитие физики.

Исаак Ньютон считается одним из основателей современной науки. Его законы и методы исследования оказали влияние на развитие физики, математики, астрономии и инженерии. Его работы заложили фундамент для дальнейших научных открытий и технологического прогресса.

С 2008 года ежегодно британским Институтом физики присуждается медаль Исаака Ньютона – международная награда в области физики.

1.5 Что такое ньютоновская и неньютоновская жидкость, их виды

Главное отличие жидкости от, например, твердого тела — то, что она текучая. У разных жидкостей разная густота — физики называют характеристику вязкостью. Она показывает, насколько легко жидкость течет, когда к ней прикладывают усилия. Например, вязкость меда выше, чем воды: мед из ложки вытекает гораздо медленнее.

У большинства жидкостей вязкость зависит только от температуры: при нагревании она уменьшается. Так, нагретое растительное масло становится более текучим. А при одной и той же температуре вязкость постоянна. Это явление открыл знаменитый физик Исаак Ньютон, поэтому такие жидкости называют ньютоновскими. К ним относятся, например, вода, масло и мед.

Но у некоторых жидкостей вязкость зависит от того, как быстро к ним прикладывают силу. Например, перемешивают активно или медленно. И даже от того, как долго это делают. Такие жидкости называют неньютоновскими.

У разных типов неньютоновских жидкостей вязкость меняется по-разному. Вот некоторые основные типы.

Псевдопластичные жидкости становятся более текучими, если воздействовать на них быстро.

Если просто перевернуть стеклянную бутылку с кетчупом, он не вытечет. Чтобы он начал течь, нужно быстро встряхнуть бутылку.

Другие примеры псевдопластичных жидкостей — болото и зыбучие пески: иногда по ним можно осторожно и медленно пройти, но, если ускорить шаг, легко утонуть.

Дилатантные жидкости как будто нарушают законы физики: они легко текут и ведут себя как типичная жидкость, если прикладывать силу медленно. Но попробуйте быстро размешать такую жидкость ложкой или ударить по ее поверхности — и она мгновенно загустеет.

Свойство дилатантной жидкости используют в полноприводных автомобилях: когда передние колеса буксуют, лопатки перемешивают жидкость в специальной емкости — вискомуфте. Жидкость при этом густеет и начинает вращать задние колеса.

Еще пример — защитная спортивная экипировка. Материал D3O — мягкий гелеобразный полимер, который не мешает спортсмену двигаться. Но при быстрых ударах — например, когда спортсмен падает — полимер твердеет, превращаясь в жесткий панцирь, и защищает владельца от синяков и переломов.

Дилатантный неньютоновский гель D3O, из которого делают защитную спортивную экипировку, пластичен в руках, но твердеет при ударе

Тиксотропные жидкости реагируют на то, как долго на них воздействуют. Чем дольше размешивать такую жидкость, тем более текучей она будет. Через некоторое время после того, как ее перестают размешивать, она опять густеет.

Таким образом, изучая первую главу исследования мы узнали историю возникновения искусственных неровностей и что в наши дни используют два вида неровностей.

Смогли проанализировать работу искусственных неровностей и убедились в том, что действительно данный вид неровности просто необходим на разных участках дорог с целью предупреждения дорожно-транспортных происшествий.

А также познакомились с трудами великого ученого Исаака Ньютона, открытия которого понадобятся нам в практической части исследования.

2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ НЕРОВНОСТИ

2.1 Процесс изготовления «лежачего полицейского»

Собрав и изучив информацию по теме ПДД и жидкости Исаака Ньютона, мы решили соединить эти две теории и создать собственный «лежачий полицейский», то есть искусственную неровность с неньютоновской жидкостью внутри. Подготовили все «ингредиенты» и 7 февраля 2026 года провели эксперимент.

Для изготовления мне понадобилось:

1. Часть пожарного рукава;

2. Металлические пластины;

3. Болты для затягивания;

4. Краска (для имитации цвета «лежачего полицейского);

5. Кукурузный крахмал;

6. В ода.

2.2 Процесс создания неньютоновской жидкости

Возьмите глубокую и широкую миску и смешайте в ней 200 г крахмала и 200 мл воды. Можно брать и больше, но важно соблюсти соотношение 1:1. Для красоты можно добавить пищевой краситель.

Чтобы смесь не получилась слишком жидкой, лучше добавлять воду понемногу и постепенно размешивать ее. Когда масса будет готова, можно приступать к исследованиям.

Если быстро сжать массу в руках, она станет пластичной, полутвердой и похожей на пластилин. В таком состоянии она остается, пока ее разминают, и чем быстрее, тем тверже становится. Но как только воздействие прекращают, смесь превращается в жидкость и стекает с ладони.

Механизм такого поведения довольно сложный. Упрощенно можно сказать, что, когда на смесь воздействуют медленно, вода проникает между частицами крахмала, выполняя роль смазки. А когда быстро, вода не успевает перетекать, частицы сцепляются между собой и смесь затвердевает.

1. Смешиваем кукурузный крахмал и воду в пропорциях 1:1

2. Даем настояться час.

3. Переливаем полученный раствор в пожарный рукав.

4. Затягиваем концы рукава металлическими пластинами.

2.3 Дневник наблюдения за экспериментом

Когда была готова искусственная неровность, мы семьёй поехали на большую пустую парковку, чтобы там провести испытания (см.Табл.2).

Испытания. Табл. 2.

Не будем забывать, что на улице зима, и наш «лежачий полицейский» просто замерзнет. Чтобы этого не произошло, я решил провести эксперимент с обычной автомобильной «незамерзайкой». Я в небольшом контейнере сделал неньютоновскую жидкость из кукурузного крахмала и той самой «незамерзайки».

Жидкость получилась хорошей, но при температуре – 17 градусов уже через час стала очень плотной, не вязкой. И уже была не жидкостью, а по составу напоминала очень мягкий пластилин.

Если ехать через него, не соблюдая ПДД, то можно сильно испортить подвеску у машины, а ремонт машины - это очень дорого.

Себестоимость такой неровности:

1. Кукурузный крахмал- 571рублей за 5(кг)

2. Металлические пластины и болты 475 рублей

Итого: 1046 рублей. Но мы изготовили мини вариант искусственной неровности, если же его приблизить к размеру реального «лежачего полицейского», то нужно умножить стоимость на 4, а это значит, что «лежачий полицейский» реальных размеров обойдется в 4 184 рубля. Это значительно дешевле стоимости композитной ИДН. Потому как себестоимость одной её части составляет 1250 рублей за штуку, а в среднем «лежачем полицейском» таких частей 13, итого 16 250 рублей.

ВЫВОД

Испытания проведены успешно.

Моя цель и гипотеза оказались достигнуты. Изучив информационные источники по теме, я смог изготовить свой «лежачий полицейский».

Суть такого «лежачего полицейского» — это безопасная, с точки зрения экологии, и экономически выгодная альтернатива современным искусственным неровностям.

Изучив информацию по созданию неньютоновской жидкости и искусственных неровностей, я решил соединить эти две абсолютно разные науки. И мне удалось создать свой «лежачий полицейский» с положительным результатом.

Проанализировав работу своей неровности, могу с уверенностью сказать, что техничекая характеристика ничуть не уступает современному «лежачему полицейскому» и заслуживает положительной оценки. Этот «лежачий полицейский» действительно работает.

Созданный мной «лежачий полицейский» может быть представлен на уроках правил дорожного движения.

Список литературы

1. Астахов П.А., Я и дорога / Эксмо, 2012. - № 2 (128). – С. 85-88.

2. Ruby Rougarou

https://dzen.ru/a/YzK-LpMsbVrJSq8w (дата обращения 13.02.2026)

3. Лютова Т., Мамонтов Д. https://t-j.ru/experiment-non-newtonian-fluid/?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F#one (дата обращения 27.01.2026)

4. НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ /Технические средства организации дорожного движения/ГОСТ Р 52605—2006 «Искусственные неровности. Общие технические требования. Правила применения» и ГОСТ 32964—2014 «Искусственные неровности сборные. Технические требования. Методы контроля»/ 2020. – (134). – С. 15.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1