Как найти длину тормозного пути физика

МУНИЦИПАЛЬНОЕ
ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ПЕНЗЯТСКАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА» ЛЯМБИРСКОГО
МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ

Исследовательский проект

  Тормозной
путь

Выполнил:
ученик 9 класса

Муртазин
Тимур

Руководитель
: учитель физики

Заликова
Р.А.

Пензятка,2021

Содержание

I.      
Введение…………………………………………………………………………………………….3

II.   
Основная часть……………………………………………………………………………5

1.
Теоретическая часть

   
1.1 Что такое тормозной путь……………………………………………………………..

    1.2 Зависимости тормозного пути………………………………….

              1.3  Расчет
тормозного пути

          2.
Исследовательская часть

              2.1  
Описание эксперимента

              2.2 
Результаты эксперимента

III.  Заключение. Выводы

IV.Список
литературы

Исследовательский проект по физике

Тормозной путь.

I.Введение.

С каждым годом на дорогах нашей страны
увеличивается количество транспортных средств, что можно видеть, проведя анализ
статистических данных, взятых из официальных новостных интернет-источников:

А вместе с этим повысился и процент
травматизма людей на дорогах, а также  общее количество
дорожно-транспортных происшествий.

Дороги всегда были объектом повышенной
опасности, и не зря из года в год разрабатываются и усовершенствуются правила
дорожной безопасности, как для водителей, так и для пешеходов.

Но почему нельзя переходить проезжую часть
дороги перед близко идущим транспортом, даже по пешеходному переходу? Какое
минимальное расстояние до движущегося транспортного средства считается
безопасным? Почему мы наблюдаем  высокий процент травматизма на дорогах и
дорожно-транспортных происшествий?

Задавая себе эти вопросы, я пришел к
выводу, что ответы на эти вопросы, связанные с движением тел, могут дать законы
механики (раздел физики).

Актуальность моей работы заключается в том, что изучение данной темы поможет
раскрыть основную суть тормозного пути и даст возможность на практике
определить наличие (или отсутствие) зависимости тормозного пути от скорости
движущего транспорта и коэффициента сцепления.

Многие в будущем станут водителями или
пешеходами, которые обязаны знать, что  тормозной путь  зависит от
скорости движущегося транспорта и коэффициента сцепления шин с
дорогой.          

Проблема:
Можно ли определить безопасное расстояние движения пешехода перед движущимся
дорожным транспортом.  Важно ли учитывать тормозной путь, когда мы
пользуемся личным транспортом или переходим дорогу перед транспортом.

Цель проекта: научиться определять тормозной путь и его зависимость от
таких факторов, как скорость движущегося транспорта и коэффициент сцепления
шин с дорогой.

Задачи проекта:

1. Изучить специализированную литературу по
данному вопросу.

3. Дать ответ на вопросы:

— Что такое тормозной путь?

— В соответствии с законом физики, от каких
факторов и как зависит тормозной путь движущегося дорожного транспорта?

4. Провести теоретический расчет тормозного
пути автомашины. 

5. Организовать эксперимент, подтверждающий
сделанные ранее выводы.

II. Основная часть.

1. Теоретическая часть.

1.1. Что такое тормозной путь

Тормозной  путь  — это 
путь, пройденный  автомобилем  от  начала  торможения 
до  его полной  остановки.

Началом тормозного пути называется момент
срабатывания тормозной системы автомобиля, а его концом – момент полной
остановки машины. 

1.2. Зависимости тормозного пути
транспортного средства

Тормозной путь транспортного средства
зависит от многих факторов:

1- скорость движения

2- дорожное покрытие

3- погодные условия

4- состояние колес и тормозной системы

5- способ торможения

1.3. Расчет тормозного пути.

Тормозной путь автомобиля пропорционален
квадрату скорости. Это следует из самого обычного уравнения равноускоренного
(равнозамедленного) движения:

Допустим, что после того, как Вы нажали на
педаль тормоза, торможение автомобиля происходит равнозамедленно, с каким-то
постоянным, равным по величине замедлением (отрицательным ускорением) a.
Тогда тормозной путь автомобиля с начала момента торможения составит:

Учитывая, что конечная скорость автомобиля
равна 0:

Соответственно, получаем

Но необходимо помнить, что время торможения
будет всегда положительным числом,  при замедлении движения
величина a всегда отрицательная:

И, соответственно::

То есть тормозной путь при всех прочих
одинаковых параметрах торможения машины действительно пропорционален квадрату
начальной скорости, то есть скорости, с которой автомобиль начал
торможение. 

На практике принято использовать полученное
уравнение в виде:

полагая, что на самом деле в уравнении
используется не собственно ускорение a, а его модуль |a|.
Поэтому более правильной с точки зрения математики была бы запись:

В основе расчета тормозного пути лежит
второй закон Ньютона. Так как при торможении на автомобиль действует сила
трения скольжения, поэтому: µmg = ma, откуда а = µg. Путь до полной остановки
рассчитывается по формуле: S = v²/2a, поэтому основной тормозной путь автомобиля можно определить по формуле:

              
                         S
= v ²/2gµ,

где:

S —    тормозной путь в
метрах;

v — 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, при этом,
значение последнего может измениться в зависимости от вида и состояния дорожного
покрытия, типа шин автомобиля и давления воздуха в них.

Таким образом, согласно
классической теории трения, масса автомобиля никак не влияет на длину
тормозного пути. А длина тормозного пути определяется прежде всего,
скоростью движения, причем зависимость тут – квадратичная. И также определяется
коэффициентом (продольного) сцепления, как принято называть µ  в
среде профессиональных автодорожников и автомобилистов.

Для иллюстрации полученного и осмысления
важности этого уравнения приведен график (см. ниже)  зависимости тормозного
пути от коэффициента трения между покрышкой и асфальтом при разных начальных
скоростях без учета конструктивных особенностей покрышек и массы автомобиля

Из графика видно, что на скользких
поверхностях (лед, снег, мокрый грунт) качество резины не существенно и только
трением машину на льду не остановить. Нужно применять другие принципы —
протектор, цепляющийся за неровности покрытия, грунтозацепы, цепи или шипы,
вгрызающиеся в лед. Участок с коэффициентом трения до 0,8 примерно
характеризует поведение обычного автомобиля на асфальте. Для сравнения
приведены показатели болида формулы 1.»

Упрощённая таблица величин коэффициентов
сцепления приведена выше. Будущим автомобилистам никогда не стоит забывать, что
на мокрой дороге коэффициент сцепления уменьшается примерно вдвое, а на
обледенелой дороге падает до катастрофической величины 0,08…0,1.

Необходимо обратить  внимание на
следующие моменты : что в условиях гололедицы, не столь уж редким явлением на
всей территории Российской Федерации, при коэффициенте сцепления 0,08 – 0,10,
даже при скорости 60 км/час тормозной путь составит 140 метров, а при скорости
80 км/час – почти 400.

Необходимо также учитывать, что в месте
контакта шины с дорогой происходит ее растяжение, деформация и сжатие, из-за
чего на некотором участке  шина проскальзывает (возникает скольжение). Все это
зависит от нагрузки на шину и способность покрышки не подвергаться этим
влияниям характеризуется ее индексом нагрузки. Также очень существенно — на
коэффициент трения влияет температура. Вообще коэффициент не является
константой и находится в сложной зависимости от очень многих факторов и
условий.

Почему тормозной
путь автомобиля не зависит от его массы, хотя большинство водителей
считают, что зависит. Попытаемся пояснить  справедливость этого
 утверждения, прибегнув к физическим понятиям.

Подчеркнем, что речь идет о кратчайшем,
экстренном, то есть минимально возможном тормозном пути. То есть о тормозном
пути при торможении на грани блокировки колес. В современных машинах при
таком торможении срабатывает АБС (антиблокировочная система тормозов), а
классические машины либо срываются в «юз», либо остаются на грани «юза», в
зависимости от действий водителя.

 Утяжеляя
машину, мы, с одной стороны, увеличиваем ее инертность и
осложняем торможение. С другой стороны, мы сильнее прижимаем шины к дороге,
увеличиваем сцепление шин с дорогой и повышаем тормозные возможности машины.
Эти два эффекта компенсируют друг друга в равной степени, и, в конечном итоге,
масса не влияет на длину тормозного пути

От чего же зависит тормозной путь?

1.4. Теоретический расчет
тормозного пути автомобиля

Коэффициенты сцепления шин взяты из ГОСТ
50597-93 (среднее значение).

Были получены следующие данные (см. таблицу
№ 1):

Скорость движения автомобиля, км/ч	30	60	80	100	Коэффициент сцепления шин
Тормозной путь по сухой дороге, м	5	20	36	56	0,7
Тормозной путь по мокрой дороге, м	8,8	35	63	98	0,4
Тормозной путь по зимней укатанной снежной дороге, м	11,8	47	84	131	0,3
Тормозной путь по дороге, покрытой ледяной коркой, м	35	141,6	251,7	393,3	0,1

По данному расчету можно сделать вывод, что
чем больше скорость и хуже погодные условия, 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. При движении автомобиля со
скоростью 60 км/ч (средняя скорость по городу) тормозной путь составляет не
менее 20 метров по сухой дороге летом. Поэтому при переходе дороги пешеходу
просто необходимо внимательно смотреть по сторонам, и если машина едет на
высокой скорости, то начинать переходить дорогу по пешеходному переходу можно
только, если машина находится на расстоянии не ближе 30 метров в хорошую погоду
и не ближе 50-100 метров в плохую (дождливую, снежную).

2. Исследовательская часть

2.1. Описание эксперимента

Я провел теоретический расчет тормозного
пути для автомобиля и чтобы подтвердить соответствие данной закономерности на
практике, провел эксперимент по определению тормозного пути велосипеда с
помощью рулетки и секундомера.

Эксперимент был проведен в двух погодных
условиях — хорошая сухая и  с ледяным покрытием дороги.

Этапы проведения эксперимента:

1. Был выбран и рассчитан удобный маршрут
движения велосипеда расстоянием 1 километр.

2. С помощью секундомера замерялось время
движения велосипеда по данному маршруту.

3. По формуле V = S/t, где V – скорость
движения, S – расстояние (равное 1
км), t – время в пути (замеренное с
помощью секундомера).

4. Набрав равномерную скорость (3 раза), в
момент достижения отметки в 1 километр я нажимал на тормоз и с помощью рулетки
измерял тормозной путь.

5. Данные действия были проведены в хорошую
сухую погоду и в гололед, то есть с ледяным покрытием дороги.

2.2. Результаты эксперимента

Результаты своего эксперимента я записал в
таблицу № 2.

Таблица № 2

Скорость движения велосипеда, км/ч	8	12	15
Тормозной путь по сухой дороге, м	0,30	0,55	0,88
Тормозной путь по ледяной дороге, м	0,65	1,26	1,7

Анализируя данные можно сделать вывод, что
при увеличении скорости движения велосипеда и ухудшении погодных условий
сохраняется зависимость, установленная ранее по теории, а именно, тормозной
путь неизменно увеличивается.

III. Заключение. Выводы

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 можно
определить нужную дистанцию, а также на практике подтвердили установленную
зависимость тормозного пути от таких факторов как скорость движения транспорта
и погодные условия.  Я провел серию экспериментов, которые подтвердили все
утверждения, высказанные в ходе работы.

Поэтому, можно определенно сказать, что
движущийся автомобиль на большой скорости не сможет мгновенно остановиться, а
еще некоторое расстояние будет продолжать движение. Например, если мы
представим, что современный легковой автомобиль движется по дороге со скоростью
100 км/час, то за одну секунду он проезжает до 28 метров, и когда водитель
нажмет на тормоз, машина (как и любое транспортное средство)  по инерции
еще будет продолжать движение определенное расстояние.

  При этом, согласно закону физики,
рассмотренного в пункте 1.3. проекта, его величина находится в прямой
зависимости от скорости движения, коэффициента сцепления шин с дорожным
покрытием (который в свою очередь зависит от дорожных условий). Например, при
скорости 50 км/ч средний тормозной путь будет составлять около 15 м, а при
скорости 100 км/ч около 60 м, т.е. больше в четыре раза.     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 человеческой жизни.

IV.  
Список литературы.

1. Элементарный учебник физики: Учебное
   пособие. В 3-хт. /Под ред.Г.С.Ландсберга. Т.1 Механика. Молекулярная
   физика.М.:Наука, 1985, 218 с.
2. Иванов А.С., Проказа А.Т. Мир механики и
   техники: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1993.
3. Бытько Н.Д. Физика, ч.1 и 2. Механика.
   Молекулярная физика и теплота.М.: Высшая школа, 1972, 336 с.
4. https://ria.ru/society/20160220/1377940767.html
5. http://avtonov.info/teorija-dvizhenija-avtomobilja

Перейти к содержимому

Содержание

1. Что такое тормозной путь у транспорта
2. От чего зависит расстояние тормозного пути
3. Тормозной путь — формула
4. Онлайн калькулятор тормозного пути
5. Остановочный путь
6. Примерные средние значения

Что такое тормозной путь у транспорта

Всегда хочется получить чуть больше времени, но насколько ценной может быть для вас одна жалкая секунда? Когда дело доходит
до использования тормозов на шоссе, это может означать… ну, намного больше, чем вы можете себе представить. Исследования показывают,
что среднестатистическому водителю требуется от половины до трех четвертей секунды, чтобы почувствовать необходимость нажат на тормоз, и еще
три четверти секунды, чтобы переместить ногу с газа на педаль тормоза. Время реакции у всех разное, но в сумме может получиться до 1,5 секунды между
моментом, когда вы впервые начинаете понимать, что у вас проблемы, и реальным началом замедления. Это фундаментальные значения — физиология человека
не меняется.

Официальная информация:

Тормозной путь — расстояние, которое проходит транспортное средство с момента срабатывания тормозной системы до полной остановки.
Протяжённость тормозного пути зависит от скорости, массы 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.

Тормозной путь — это одна из двух основных составляющих общего остановочного пути Другой компонент — время от момента
восприятия водителем сигнала о необходимости торможения до совершения необходимых действий, например, переноса ноги на педаль тормоза, нажатия на
неё. Зависит от навыков водителя, положения его тела, рук и ног относительно органов управления автомобилем, также от его психоэмоционального
состояния. Время реакции увеличивается при утомлении, заболеваниях и крайне сильно возрастает при алкогольном или наркотическом опьянении.
Оно колеблется от 0,4 до 1,5 с. Типичной величиной считается 0,8 сек.

От чего зависит расстояние тормозного пути

Подытожим информацию из предыдущего пункта, собрав в единый список, от чего зависит длина общего тормозного пути:

Реакция

• Видимость
• Навыки водителя
• Состояние водителя
• Положение тела и рук водителя

Торможение

• Скорость движения
• Вид траспортного средства
• Масса траспортного средства
• Тип и состояние тормозной системы
• Тип и состояние шин
• Состояние дорожного покрытия

Как найти тормозной путь — формула

Тормозной путь или пройденное расстояние (d) после начала торможения определяется следующей формулой:

d = v² / (2 * μ * g) , где

• v — скорость в начале торможения
• μ — коэффициент трения между поверхностью дороги и шинами
• g — сила тяжести Земли.

Тормозной путь — онлайн калькулятор

Общий тормозной путь или остановочный путь.

Как уже было написано выше, полный остановочный путь состоит еще и из времени реакции водителя на внезапно возникшую опасность.
Формула в этом случае получается следующая:

d_total = v * (t₁ + t₂) + v² / (2 * μ * g)

t₁ — время реакции. Исторически эксперты использовали время реакции 0,75 секунды, но теперь включают
восприятие, в результате чего среднее время реакции восприятия составляет: 1 секунда для населения в среднем;
иногда правило двух секунд для имитации пожилого человека или новичка; или даже время реакции 2,5 секунды —
специально для очень пожилых, ослабленных, находящихся в состоянии алкогольного опьянения или рассеянных водителей.

t₂ — время срабатывания тормозной системы — время с момента нажатия на педаль тормоза до приведения в действие
всех тормозных механизмов. Зависит от качества и состояния тормозной системы. В среднем считается 0,2 с для гидравлического привода и
0,6 с для пневматического привода тормозной системы.

Примерные средние значения

div

Скорость	Расстояние во время реакции	Расстояние пока сработает тормоз	Тормозной путь	Общая длина
40 км/ч	11,11	2,22	8,39	21,73
60 км/ч	16,67	3,33	18,88	38,8
80 км/ч	22,22	4,44	33,57	60,24
100 км/ч	27,78	5,56	52,45	85,79
120 км/ч	33,33	6,67	75,53	115,53
140 км/ч	38,89	7,78	102,81	149,47

Условие задачи:

Вычислить тормозной путь автомобиля, имеющего начальную скорость 60 км/ч, на мокрой дороге, если он тормозит с ускорением 3 м/с².

Задача №1.3.12 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

(upsilon_0=60) км/ч, (a=3) м/с², (S-?)

Решение задачи:

Понятно, что скорость автомобиля в конце тормозного пути равна нулю.

[upsilon  = 0]

Применим следующую формулу.

[{upsilon ^2} – upsilon _0^2 =  – 2aS]

“Минус” в правой части говорит о том, что скорость автомобиля уменьшается. Учитывая все сказанное, в итоге имеем такое выражение:

[ – upsilon _0^2 =  – 2aS]

[upsilon _0^2 = 2aS]

Осталось только выразить искомый тормозной путь (S), подставить численные данные и сосчитать ответ.

[S = frac{{upsilon _0^2}}{{2a}}]

Заметим, что начальная скорость (upsilon) дана в км/ч. Перед тем, как подставлять значение (upsilon_0) в формулу, необходимо перевести ее в систему СИ, то есть в м/с.

Чтобы перевести скорость из км/ч в м/с необходимо произвести следующие действия.

[60; км/ч = frac{{60 cdot 1000}}{{1 cdot 3600}}; м/с = frac{{600}}{{36}}; м/с = 16,67; м/с ]

В итоге:

[S = frac{{{{16,67}^2}}}{{2 cdot 3}} = 46,30; м ]

Ответ: 46,30 м.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

1.3.11 Автобус движется равнозамедленно, проходя при этом до остановки расстояние
1.3.13 Машинист локомотива, движущегося со скоростью 72 км/ч, начал тормозить
1.3.14 Поезд, имеющий скорость 90 км/ч, стал двигаться с замедлением 0,3 м/с2. Найти