例析交通中的物理問題

摘 要：在我國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程中，科技的發(fā)達(dá)促進(jìn)了交通工具的進(jìn)步，家用轎車普及越來越普及，由此帶來的是日漸便捷的交通出行體驗(yàn)。物理知識(shí)在交通中的有效應(yīng)用，體現(xiàn)在交通工具、交通事故的處理等方面，本文將以現(xiàn)階段交通出行中存在的物理問題為例，對(duì)高中物理知識(shí)進(jìn)行深入淺出的分析。

關(guān)鍵詞：交通工具;交通事故;物理知識(shí);事例分析

現(xiàn)階段的交通出行中蘊(yùn)含著大量物理知識(shí)，如車禍中速度的測(cè)量;汽車的機(jī)械動(dòng)能;車內(nèi)安全帶的使用原理等，都體現(xiàn)了物理知識(shí)與交通行為的相關(guān)性。在高中物理教學(xué)階段，展開此類知識(shí)的相關(guān)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，有效結(jié)合生活實(shí)例，對(duì)物理應(yīng)用背景進(jìn)行挖掘，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的了解和掌握。

一、 交通行為中的摩擦力問題

在高中物理知識(shí)中，需要接觸到摩擦力的相關(guān)問題，兩個(gè)相互接觸的物體之間的一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力便叫作摩擦力。摩擦力運(yùn)動(dòng)的方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，我們可以結(jié)合交通行為中交通工具的轉(zhuǎn)彎或剎車現(xiàn)象，對(duì)該物理問題進(jìn)行分析。例如，在寬闊平坦的道路上，一輛汽車以一定的速度勻速行駛，面對(duì)前方出現(xiàn)的障礙物，汽車可以選擇剎車或者轉(zhuǎn)彎的應(yīng)對(duì)方法，用哪種方法應(yīng)對(duì)比較好？

從這個(gè)例題中我們可以看出，對(duì)方法的選擇其實(shí)是在比較哪種方法可以減小汽車與障礙物接觸的概率。因此，我們可以假設(shè)汽車勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v，質(zhì)量為m;它與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。

（1）當(dāng)汽車直線運(yùn)動(dòng)時(shí)剎車過程是勻減速運(yùn)動(dòng)，直到汽車停止運(yùn)動(dòng);由高中物理的動(dòng)能定理可得：-μmgs=0-1/2mv2，∴s=v2/2μg;

（2）當(dāng)汽車的轉(zhuǎn)彎過程看作是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由摩擦力提供向心力：μmg=mv2/R，∴R=v2/μg。

由此可以看出，汽車剎車滑行的距離s比轉(zhuǎn)彎半徑R要短，說明汽車剎車撞上障礙物的概率較小，因此剎車的方法比轉(zhuǎn)彎要好。

二、 交通工具中的力與運(yùn)動(dòng)問題

在高中物理學(xué)習(xí)的第一階段，會(huì)接觸到力與運(yùn)動(dòng)的概念，學(xué)生在這一章節(jié)的學(xué)習(xí)中，需要對(duì)牛頓定律進(jìn)行熟練掌握。在結(jié)合交通實(shí)例對(duì)該物理知識(shí)進(jìn)行分析時(shí)，可以運(yùn)用交通工具對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析，以行駛中的汽車為例：

如果將汽車作為參照物，車內(nèi)乘客呈靜止?fàn)顟B(tài)，以地面為參照物，則車內(nèi)乘客呈運(yùn)動(dòng)狀態(tài);司機(jī)在開車時(shí)使用方向盤控制車的行駛軌跡，說明力可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);當(dāng)汽車在行駛過程中加速、減速、拐彎時(shí)，車內(nèi)乘客都會(huì)朝反方向傾倒，說明汽車內(nèi)的乘客具有慣性;安全帶的應(yīng)用，則可以有效減緩乘客在汽車緊急剎車或撞上其他物體時(shí)出現(xiàn)的巨大慣性，起到保護(hù)作用;汽車在超速行駛時(shí)，由于反應(yīng)距離和制動(dòng)距離較長(zhǎng)，出現(xiàn)交通事故的概率會(huì)增加;將汽車的車型設(shè)計(jì)為流線型，是為了減小汽車在行駛過程中風(fēng)和空氣等對(duì)汽車造成的阻力;當(dāng)某輛汽車在寬闊平坦的道路上勻速行駛時(shí)，它所受到的牽引力和阻力、重力和支持力，均呈平衡狀態(tài)。

三、 交通事故中的速度問題

（一） 事故概況

當(dāng)汽車遭遇交通事故時(shí)，在正常情況下駕駛者都會(huì)采用制動(dòng)措施，因車輛在緊急剎車時(shí)車輪與地面之間的摩擦力增加，路面上會(huì)清晰地留下汽車剎車時(shí)的痕跡。當(dāng)將這一場(chǎng)景用作物理知識(shí)實(shí)例講解時(shí)，需要先對(duì)該過程中蘊(yùn)含的物理知識(shí)進(jìn)行分析，譬如汽車駕駛者在發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)到身體做出反應(yīng)的過程叫作反應(yīng)時(shí)間，而汽車在駕駛者反應(yīng)時(shí)間內(nèi)行駛的距離稱為反應(yīng)距離。制動(dòng)距離是指汽車駕駛者從操作汽車開始剎車到汽車完全停止時(shí)中間的滑行距離，而制動(dòng)距離與反應(yīng)距離的總和則被稱作汽車剎車的總距離長(zhǎng)度。當(dāng)對(duì)事故進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)，這些數(shù)據(jù)的測(cè)量可以有效幫助交警判斷車輛是否存在超速問題。

（二） 事故分析

例如，霧天在某一直線路段，發(fā)生了汽車與農(nóng)用三輪車相撞的事故，當(dāng)交警對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，汽車的剎車痕跡為32m，農(nóng)用車的剎車痕跡為6m，按照交通部門的有關(guān)規(guī)定，車輛在霧天行駛速度最高不得超過40km/h。我們可以通過下表所示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)事故發(fā)生的主要原因進(jìn)行分析，并對(duì)事故發(fā)生時(shí)兩輛車的車速進(jìn)行計(jì)算。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)給出的數(shù)據(jù)，可以對(duì)事故發(fā)生的原因給出分析結(jié)論：如果汽車的剎車痕跡是32m，而農(nóng)用車的剎車痕跡為6m，根據(jù)實(shí)驗(yàn)給出的數(shù)據(jù)：計(jì)算出汽車的車速是60～80km/h，然而農(nóng)用三輪車的行駛速度是低于40km/h的，由此可以判斷汽車的行駛速度超出了霧天行駛速度的最高值，因此，此次交通事故由汽車負(fù)主要責(zé)任。

（三） 事故結(jié)論

在對(duì)類似的交通事故運(yùn)用上述方法推算其行駛速度時(shí)，需要相關(guān)部門對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)的剎車痕跡和其余可以體現(xiàn)時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真記錄和勘測(cè)，其中，著重掌握距離與制動(dòng)距離之間的聯(lián)系，從而判斷出事故車輛在事故發(fā)生前的行駛速度，并將其作為事故處理依據(jù)之一。

在對(duì)交通出行方面的物理知識(shí)或原理進(jìn)行了解時(shí)，需要重點(diǎn)掌握運(yùn)動(dòng)學(xué)、速度的加減、動(dòng)能定理等知識(shí)。物理知識(shí)在交通行為中的體現(xiàn)，是高中物理題目常用的形式，因此，需要我們建立起該范圍內(nèi)的物理知識(shí)體系，以應(yīng)對(duì)生活、學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的物理問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]林楊.摩擦力與交通[J].中華少年，2017（4）：164.

[2]楊吉華.案例教學(xué)在高中物理教學(xué)中實(shí)踐的反思[J].中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)），2015（4）：95.

[3]丁淼.物理知識(shí)在校園交通安全預(yù)防中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017（7X）：66-67.

作者簡(jiǎn)介：

王蘆葦，福建省南平市，福建省南平第一中學(xué)。